电压型模数转换电路及应用其的光电传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种电压型模数转换电路及应用其的光电传感器，用以将一模拟电流信号转换成数值信号，其特征在于，包括：电流积分电路，用以接收所述模拟电流信号，并对其进行积分运算，输出积分电压信号；积分电压放大电路，用以接收并保持所述积分电压信号，并对其进行放大运算，输出积分电压放大信号；比较量化电路，用以根据所述积分电压放大信号生成比较信号；计数电路，接收所述比较信号和一时钟信号，在所述比较信号维持有效电平期间，对所述时钟信号进行计数，并将所述比较信号翻转前的计数结果作为所述数值信号。采用本发明专利技术的电压型模数转换电路，能够有效提高模数转换的分辨率和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种电压型模数转换电路及应用其的光电传感器。
技术介绍
心率检测的原理是LED发光照射到手腕上，光电二极管接收反射光转化为电流信号，再通过模数转换电路转化为数字信号,由于心脏跳动，不同时刻的血流量不同对LED光的反射量也不同,而对于同一光强，皮肤和骨骼引起的光反射量则是固定值，因此，测量反射回来的光，可以用来确定心跳。这种由于脉搏跳动引起的光电二极管接收的电流变化量为pA级的，这种电流的变化经普通的模数转换电路转化的数值变化很小，很难分辨出心率曲线的骨峰值。现有技术为解决此问题，一般通过增大驱动电流，增长LED发光时间以及增大积分时间或者减小积分电容来增大解析度,但是增大驱动电流以及增长LED发光时间都会增加芯片的功耗,若积分时间过长，背景光的变异则会引起更大的变异误差，同样，过大地减小积分电容则会引起稳定性的问题。另外一种解决方案，是在电流进行模数转换之前，先对电流进行放大，电流放大电路一般由很多并联的电流单元组成，根据需要的增益来决定导通的电流单元的个数，以实现对电流的放大。然后，对放大后的电流进行模数转化以获得数字信号，该数字信号用来确定心跳。然而，每个电流单元都包含晶体管模块，较多晶体管模块的设置使得芯片的成本和面积都大大增加，不利于芯片的小型化和低成本化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电压型模数转换电路及应用其的光电
传感器，以解决现有中模数转换电路分辨率低的问题。第一方面，提供一种电压型模数转换电路，用以将一模拟电流信号转换成对应的数值信号，其特征在于，包括：电流积分电路，用以接收所述模拟电流信号，并对其进行积分运算，输出积分电压信号；积分电压放大电路，用以接收所述积分电压信号，并对其进行放大运算，输出积分电压放大信号；比较量化电路，用以根据所述积分电压放大信号生成比较信号；计数电路，接收所述比较信号和一时钟信号，在所述比较信号维持有效电平期间，对所述时钟信号进行计数，并将计数结果作为所述数值信号。优选地，所述电流积分电路包括第一开关和积分电路，所述第一开关连接在所述积分电路的一个输入端和输出端之间，在所述第一开关导通时，所述电流积分电路复位，在所述第一开关关断时，所述电流积分电路对接收到的所述模拟电流信号进行积分。优选地，所述电压型模数转换电路在每次进行模数转换时，先将所述电流积分电路进行复位。优选地，所述积分电压放大电路包括第二开关、第二电容和第二运算放大器，所述第二开关的第一端连接在所述电流积分电路的输出端，第二端连接在所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二电容的第一端连接在所述第二开关的第二端和所述第二运算放大器的第一输入端的公共连接点，第二端连接至地，所述第二运算放大器用以根据所述第二电容两端的电压和一基准电压信号生成所述积分电压放大信号；在所述第二开关导通时，所述电流积分电路的输出端直接与所述第二运算放大器的第一输入端接通，在所述第二开关关断时，所述第二电容两端的电压维持不变。优选地，所述第二开关在所述电流积分电路复位阶段和所述模拟电流存在时保持导通，在所述时钟信号开始使能时保持关断。优选地，所述比较量化电路包括第三电容和第三运算放大器，所述第三运算放大器的第一输入端接收所述积分电压放大信号，第二输入端接收所述第三电容两端的电压，输出所述比较信号，其中，所述第三电容的一端连接至所述第三运算放大器的第二输入端，另一端连接至地，在所述第二开关关断期间，基准电流信号对所述第三电容进行充电。优选地，所述比较量化电路还包括第四开关，用以对所述第三电容两端的电压进行复位，所述第四开关并联连接在所述第三电容的两端，在同一时刻，所述第四开关与所述第一开关的开关状态相同。第二方面，提供一种光电传感器，包括：发光设备，发出第一光信号，光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号和背景光，生成输入电流信号，所述输入电流信号和根据所述背景光生成的背景光电流进行计算以得到模拟电流信号，以及，根据权利要求1-7中任一项所述的电压型模数转换电路，所述电压型模数转换电路根据所述模拟电流信号生成数值信号。优选地，还包括背景光采样保持电路，用以在所述发光设备不发光时，采集所述物体周围的背景光，并根据所述背景光生成所述背景光电流信号。优选地，所述模拟电流信号为所述输入电流信号和所述背景光电流之差。本专利技术提供的电压型模数转换电路，先将ac分量较小的模拟电流信号通过积分电路转变为积分电压信号，通过对积分电压信号进行保持并放大，达到将模拟电流信号放大的目的。本专利技术的电压型模数转换电路，
有效解决了由于模拟电流信号过小而导致模数转换的分辨率低的问题。同时，也可以使输入范围更大，能够适应更宽范围的电压，有利于提高模数转换的精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为依据本专利技术的第一实施例的电压型模数转换电路；图2为依据本专利技术的第二实施例的电压型模数转换电路；图3为第二实施例的电压型模数转换电路的工作波形；图4为依据本专利技术的光电传感器的电路示意图；具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接
连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。图1为依据本专利技术的第一实施例的电压型模数转换电路。电压型模数转换电路用以将一模拟电流信号转换成数值信号。如图1所示，电压型模数转换电路10包括电流积分电路101、积分电压放大电路102、比较量化电路103以及计数电路104。电流积分电路101用以接收模拟电流信号Iin，并对其进行积分运算，输出积分电压信号Vint。模拟电流信号Iin经过电流积分电路101后，会转换成电压信号，即积分电压信号Vint，该信号可以表征模拟电流信号Iin的大小。电压型模数转换电路10在每次进行模数转换时，先将电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压型模数转换电路，用以将一模拟电流信号转换成对应的数值信号，其特征在于，包括：电流积分电路，用以接收所述模拟电流信号，并对其进行积分运算，输出积分电压信号；积分电压放大电路，用以接收并保持所述积分电压信号，并对其进行放大运算，输出积分电压放大信号；比较量化电路，用以根据所述积分电压放大信号生成比较信号；计数电路，接收所述比较信号和一时钟信号，在所述比较信号维持有效电平期间，对所述时钟信号进行计数，并将计数结果作为所述数值信号。

【技术特征摘要】
1.一种电压型模数转换电路，用以将一模拟电流信号转换成对应的数值信号，其特征在于，包括：电流积分电路，用以接收所述模拟电流信号，并对其进行积分运算，输出积分电压信号；积分电压放大电路，用以接收并保持所述积分电压信号，并对其进行放大运算，输出积分电压放大信号；比较量化电路，用以根据所述积分电压放大信号生成比较信号；计数电路，接收所述比较信号和一时钟信号，在所述比较信号维持有效电平期间，对所述时钟信号进行计数，并将计数结果作为所述数值信号。2.根据权利要求1所述的电压型模数转换电路，其特征在于，所述电流积分电路中包含第一开关和积分电路，所述第一开关连接在所述积分电路的一个输入端和输出端之间，在所述第一开关导通时，所述电流积分电路复位，在所述第一开关关断时，所述电流积分电路对接收到的所述模拟电流信号进行积分运算。3.根据权利要求2所述的电压型模数转换电路，其特征在于，所述电压型模数转换电路在每次进行模数转换时，先将所述电流积分电路进行复位。4.根据权利要求1所述的电压型模数转换电路，其特征在于，所述积分电压放大电路包括第二开关、第二电容和第二运算放大器，所述第二开关的第一端连接在所述电流积分电路的输出端，第二端连接在所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二电容的第一端连接在所述第二开关的第二端和所述第二运算放大器的第一输入端的公共连接点，第二端连接至地，所述第二运算放大器用以根据所述第二电容两端的电压和一基准电压信号生成所述积分电压放大信号；在所述第二开关导通时，所述电流积分电路的输出端直接与所述第
\t二运算放大器的第一输入端接通，在所述第二开关关断时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳倪，何惠森，邵丽丽，张宝玉，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33