消除暗电流影响的光敏检测电路制造技术

本发明专利技术涉及集成电路光敏检测领域，本发明专利技术旨在通过不感光暗元与感光亮元分别进行相同时间的检测，再将两者积分电压做差，从而消除感光二极管暗电流对检测结果的影响，提高检测精度。本发明专利技术采用的技术方案是，消除暗电流影响的光敏检测电路，由不感光暗元、感光亮元、电压跟随器、减法器四部分构成；电压跟随器用于采样不感光暗元与感光亮元的输出积分电压，并将采样电压输出至减法器；减法器用于将暗元积分电压与亮元积分电压做差，得到与暗电流无关的光敏检测输出电压。本发明专利技术主要应用于集成电路光敏检测场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路光敏检测领域，尤其涉及一种消除了暗电流影响的光敏检测电路。
技术介绍
随着CMOS技术的快速发展，光敏检测技术越来越多的受到了人们的关注。光电检测技术在信息安全、环境监测、医疗电子、生命科学等领域有着广泛的应用。例如，在信息安全方面，光敏检测技术可用于检测芯片封装的完整性，当芯片受到侵入式攻击使得封装被破坏后，可见光将照射芯片，光敏检测可识别出可见光，进而检测到封装被破坏。目前，集成电路中常用的光敏原件为反向偏置的二极管，当其受到光照后，可产生光电流，通过检测光电流大小，即可检测出光照强度。但是，反向偏置的二极管存在暗电流(反向饱和电流)，暗电流与光电流无法直接分离，故暗电流对检测结果产生了一定影响。同时，暗电流与温度有关，为温度的指数函数，故当温度较高时，暗电流较大，可能超过光电流大小，从而使得检测出现错误。因此，需要一种能够消除暗电流影响的光敏检测电路，才能确保检测的有效性与可靠性。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在通过不感光暗元与感光亮元分别进行相同时间的检测，再将两者积分电压做差，从而消除感光二极管暗电流对检测结果的影响，提高检测精度。本专利技术采用的技术方案是，消除暗电流影响的光敏检测电路，由不感光暗元、感光亮元、电压跟随器、减法器四部分构成；电压跟随器用于采样不感光暗元与感光亮元的输出积分电压，并将采样电压输出至减法器；减法器用于将暗元积分电压与亮元积分电压做差，得到与暗电流无关的光敏检测输出电压。不感光暗元由PMOS管M1、不感光二极管D1、电容C1、开关S1、二输入与门A1构成；二输入与门A1一个输入端接时钟CLK1，另一输入端接时钟CLK3，A1输出端接PMOS管M1的栅端，PMOS管M1源端接电源电压VDD，漏端与不感光二极管D1的负端相接，二极管D1的正端接地；不感光二极管D1在制造过程中，将由多层金属与绝缘层交替覆盖其上，阻挡其受到光照射；电容C1上极板A与二极管D1的负端相接，下极板接地；开关S1一端与电容C1上极板A相连，另一端与电压跟随器中的比较器CMP1的负向输入端相连；开关S1控制端接CLK1，当CLK1为高电平时，开关导通，当CLK1为低电平时，开关断开。感光亮元由PMOS管M2、感光二极管D2、电容C2、开关S2、二输入与门A2构成，二输入与门A2一个输入端接时钟CLK2，另一输入端接时钟CLK3，A2输出端接PMOS管M2的栅端，PMOS管M2源端接电源电压VDD，漏端与感光二极管D2的负端相接，二极管D2的正端接地，感光二极管D2在制造过程中，其上无遮挡物，电容C2上极板B与二极管D2的负端相接，下极板接地，开关S2一端与电容C2上极板B相连，另一端与电压跟随器中的比较器CMP1的负向输入端相连，开关S2控制端接CLK2，当CLK2为高电平时，开关导通，当CLK2为低电平时，开关断开。电压跟随器由PMOS管M3、NMOS管M4、电容C3、比较器CMP1、电流源I1、缓冲器BUFF构成。PMOS管M3栅端接时钟CLK3，M3源端接电源电压VDD，漏端与电容C3下极板C相接，电容C3上极板接电源电压VDD，电容C3下极板C与比较器CMP1的正向输入端相接，比较器CMP1的负向输入端与暗元中的开关S1以及亮元中的开关S2相接，比较器CMP1的输出端接NMOS管M4的栅端，NMOS管M4漏端接电容下极板C，M4源端接电流源I1的电流输入端，电流源I1的电流输出端接地，缓冲器BUFF输入端接电容C3下极板C，输出端接减法器中的开关S3一端。减法器由开关S3、S4、电容C4、C5、C6以及运放AMP2构成，开关S3一端接电压跟随器中的缓冲器BUFF输出端，另一端接电容C4上极板D，开关S3控制端接CLK3，当CLK3为高电平时，开关导通，当CLK3为低电平时，开关断开；电容C4下极板接地，电容C5上极板接电容C4上极板D，C5下极板接运放AMP2负向输入端，运放AMP2正向输入端接参考电压VREF，电容C6上极板接运放AMP2负向输入端，下极板接AMP2的输出端VOUT，开关S4一端接运放AMP2负向输入端，另一端接AMP2的输出端VOUT，开关S4控制端接CLK1，当CLK1为高电平时，开关导通，当CLK1为低电平时，开关断开；运放AMP2的输出端VOUT即为整个光敏检测电路的检测结果输出端。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术提出的消除暗电流影响的光敏检测电路，结构简单，与标准CMOS工艺完全兼容，检测精度高，功耗小，输出电压与光电流大小线性相关，且输出具有温度稳定性。附图说明：图1光敏检测电路结构。图2光敏检测波形图。具体实施方式本专利技术提出一种消除了暗电流影响的光敏检测电路，该电路分别采样不感光暗元与感光亮元相同时间内的积分电压并做差，最后输出做差后的电压。通过减去暗元的积分电压，从而消除了暗电流的影响，使得检测结果更加准确。本专利技术为解决光敏二极管暗电流对光敏检测电路检测结果的影响，提出一种消除暗电流(反向饱和电流)影响的光敏检测电路。通过将感光亮元积分电压与不感光暗元积分电压做差，得到与暗电流无关的积分电压，从而消除暗电流影响。如图1所示，为本专利技术提出的消除暗电流影响的光敏检测电路。该检测电路由不感光暗元、感光亮元、电压跟随器、减法器四部分构成。不感光暗元由PMOS管M1、不感光二极管D1、电容C1、开关S1、二输入与门A1构成。二输入与门A1一个输入端接时钟CLK1，另一输入端接时钟CLK3，A1输出端接PMOS管M1的栅端，PMOS管M1源端接电源电压VDD，漏端与不感光二极管D1的负端相接。二极管D1的正端接地。不感光二极管D1在制造过程中，将由多层金属与绝缘层交替覆盖其上，阻挡其受到光照射。电容C1上极板A与二极管D1的负端相接，下极板接地。开关S1一端与电容C1上极板A相连，另一端与电压跟随器中的比较器CMP1的负向输入端相连。开关S1控制端接CLK1，当CLK1为高电平时，开关导通，当CLK1为低电平时，开关断开。感光亮元由PMOS管M2、感光二极管D2、电容C2、开关S2、二输入与门A2构成。二输入与门A2一个输入端接时钟CLK2，另一输入端接时钟CLK3，A2输出端接PMOS管M2的栅端，PMOS管M2源端接电源电压VDD，漏端与感光二极管D2的负端相接。二极管D2的正端接地。感光二极管D2在制造过程中，其上无遮挡物，故可以受到光照射。电容C2上极板B与二极管D2的负端相接，下极板接地。开关S2一端与电容C2上极板B相连，另一端与电压跟随器中的比较器CMP1的负向输入端相连。开关S2控制端接CLK2，当CLK2为高电平时，开关导通，当CLK2为低电平时，开关断开。电压跟随器由PMOS管M3、NMOS管M4、电容C3、比较器CMP1、电流源I1、缓冲器BUFF构成。PMOS管M3栅端接时钟CLK3，M3源端接电源电压VDD，漏端与电容C3下极板C相接。电容C3上极板接电源电压VDD。电容C3下极板C与比较器CMP1的正向输入端相接，比较器CMP1的负向输入端与暗元中的开关S1以及亮元中的开关S2相接。比较器CMP1的输出端接NMOS管M4的栅端。NMOS管M4漏端接电容下极板C，M4源端接电流源I1的电流输入端，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除暗电流影响的光敏检测电路，其特征是，由不感光暗元、感光亮元、电压跟随器、减法器四部分构成；电压跟随器用于采样不感光暗元与感光亮元的输出积分电压，并将采样电压输出至减法器；减法器用于将暗元积分电压与亮元积分电压做差，得到与暗电流无关的光敏检测输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种消除暗电流影响的光敏检测电路，其特征是，由不感光暗元、感光亮元、电压跟随器、减法器四部分构成；电压跟随器用于采样不感光暗元与感光亮元的输出积分电压，并将采样电压输出至减法器；减法器用于将暗元积分电压与亮元积分电压做差，得到与暗电流无关的光敏检测输出电压。2.如权利要求1所述的消除暗电流影响的光敏检测电路，其特征是，不感光暗元由PMOS管M1、不感光二极管D1、电容C1、开关S1、二输入与门A1构成；二输入与门A1一个输入端接时钟CLK1，另一输入端接时钟CLK3，A1输出端接PMOS管M1的栅端，PMOS管M1源端接电源电压VDD，漏端与不感光二极管D1的负端相接，二极管D1的正端接地；不感光二极管D1在制造过程中，将由多层金属与绝缘层交替覆盖其上，阻挡其受到光照射；电容C1上极板A与二极管D1的负端相接，下极板接地；开关S1一端与电容C1上极板A相连，另一端与电压跟随器中的比较器CMP1的负向输入端相连；开关S1控制端接CLK1，当CLK1为高电平时，开关导通，当CLK1为低电平时，开关断开。3.如权利要求1所述的消除暗电流影响的光敏检测电路，其特征是，感光亮元由PMOS管M2、感光二极管D2、电容C2、开关S2、二输入与门A2构成，二输入与门A2一个输入端接时钟CLK2，另一输入端接时钟CLK3，A2输出端接PMOS管M2的栅端，PMOS管M2源端接电源电压VDD，漏端与感光二极管D2的负端相接，二极管D2的正端接地，感光二极管D2在制造过程中，其上无遮挡物，电容C2上极板B与二极管D2的负端相接，下极板接地，开关S2一端与电容C2上极板B相连，另一端与电压跟随器中的比较器CMP1的负向输入端相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅强，辛睿山，赵公元，叶茂，李跃辉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12