光检测器电路及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种光检测器电路，包括两个三极管、五个PMOS管、两个NMOS管和一个反相器。其中第一三极管受到光照时输出的光电流经放大后到达第二节点。输入端的输入电流经过缩小后也到达第二节点。第二节点处放大后的光电流和缩小后的输入电流的大小关系，决定了输出端的电平信号。本发明专利技术还公开了所述光检测器电路的检测方法。本发明专利技术所述的光检测电路及其检测方法中，所有器件都可由标准CMOS工艺制造，因而可完全于半导体集成电路中实现，具有面积小的特点。由此还带来了功耗低的特点。该光检测电路可以实现光照度从200～20000lux的检测，并且反应灵敏、可靠稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体集成电路中的光检测器电路。
技术介绍
传统的光检测器是采用光电二极管将光信号转换为电流信号，然后使用后续电路对该电流信号进行处理，例如以放大器放大电流信号，来进行检测和测量。光电二极管无法在半导体集成电路的内部实现，而只能采用独立的外接器件，因而容易受到外界干扰。这就要求光电二极管本身具有足够大的光电转换系数，还需要其后续电路具有放大倍数大、噪声小的放大器，这使得其整体成本很高。目前有一种可在半导体集成电路的内部实现、且兼容CMOS工艺的光检测器，是采用双极型晶体管(三极管)替代光电二极管。在受到光照时，三极管的漏端电流会上升2个数量级，这种对光的高度敏感性使其可用于检测光照强度。但是由于CMOS工艺的限制，三极管的光电转换系数很低。对于一个发射区面积为IOOym2的三极管，其光电转换系数< InA/lOOlux。在恶劣的工作环境中，现有的后续电路一例如电阻和电流检测电路一无法准确地检测光的照度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可在半导体集成电路内部实现、且兼容CMOS工艺的光检测器电路。为此，本专利技术还要提供所述光检测器电路检测光信号的方法。为解决上述技术问题，本专利技术光检测器电路包括两个三极管、五个PMOS管、两个NMOS管和一个反相器；第一三极管的基极接第一节点，集电极和发射极均接地；第二三极管的基极接第二节点，集电极和发射极均接地；第一 PMOS管的栅极和漏极相连，源极接工作电压；第二 PMOS管的栅极连第一 PMOS管的栅极，源极接工作电压，漏极接第二节点；第三PMOS管的栅极和漏极相连，源极接第一节点；第四PMOS管的栅极连第一 PMOS管的栅极，衬底接工作电压，源极和漏极中的一个连第五PMOS管的漏极，另一个接第二节点；第五PMOS管的栅极接输出端，源极接工作电压；第一 NMOS管的栅极和漏极相连并接输入端，源极接地；第二 NMOS管的栅极连第一 NMOS管的栅极，漏极接第二节点，源极接地；反相器的输入端连第二节点，输出端连整个光检测电路的输出端。所述光检测器电路的检测方法为:第一三极管受到光照时输出的漏端电流称为光电流，该光电流经过第一 PMOS管和第二 PMOS管的传递和放大到达第二节点，成为第二 PMOS管的漏端电流；其中第二 PMOS管与第一 PMOS管的宽度之比决定了光电流的放大倍数；输入端的输入电流经过第一 NMOS管和第二 NMOS管的传递和缩小到达第二节点，成为第二 NMOS管的漏端电流；其中第一 NMOS管与第二 NMOS管的宽度之比决定了输入电流的缩小倍数；第二节点处放大了的光电流(即第二 PMOS管的漏端电流)和缩小了的输入电流(即第二 NMOS管的漏端电流)的大小关系，决定了输出端的电平信号；调节第一 NMOS管与第二 NMOS管的宽度之比、第二 PMOS管与第一 PMOS管的宽度之比、输入端的输入电流这三个参数，使输入电流/第一 NMOS管与第二 NMOS管的宽度之比=第一目标电流X第二 PMOS管与第一 PMOS管的宽度之比，根据输出端的电平信号得知第一三极管实际输出的光电流与第一目标电流的大小关系；重复这一步，将第一三极管实际输出的光电流限定在一个区间范围内；根据第一三极管所受光信号的强度与所输出的光电流大小之间的关系将第一三极管实际检测的光信号强度限定在一个区间范围内。本专利技术所述的光检测电路中，通过调节第一 NMOS管与第二 NMOS管的宽度之比、第二 PMOS管与第一 PMOS管的宽度之比、输入端的输入电流这三个参数，可以实现光照度从200 200001ux的检测，并且反应灵敏、可靠稳定。所述CMOS工艺的光检测电路中，所有器件都可由标准CMOS工艺制造，因而可完全于半导体集成电路中实现，具有面积小、功耗低(工作电流< 5 μ A)的特点。附图说明图1是本专利技术一种光检测器电路的一个实施例的电路图；图2、图3是本专利技术所述光检测器电路的检测方法的的流程图。图中附图标记说明:Ql为第一三极管；Q2为第二三极管；P1为第一 PMOS管；P2为第二 PMOS管；P3为第三PMOS管；P4为第四PMOS管；P5为第五PMOS管；N1为第一 NMOS管；N2为第二 NMOS管；Al为电流传递电路；A2为反相器。具体实施例方式请参阅图1，这是本专利技术光检测器电路的一个实施例，其具有输入端IIN、输出端OUT、工作电压VDDdi GND，具体的电路结构包括两个三极管、五个PMOS管、两个NMOS管和一个反相器；第一三极管Ql的基极接第一节点PA，集电极和发射极均接地；第二三极管Q2的基极接第二节点PB，集电极和发射极均接地；第一 PMOS管Pl的栅极和漏极相连，源极接工作电压VDD ；第二 PMOS管P2的栅极连第一 PMOS管Pl的栅极，源极接工作电压VDD，漏极接第二节点PB ；第三PMOS管P3的栅极和漏极相连，源极接第一节点PA ；第四PMOS管P4的栅极连第一 PMOS管Pl的栅极，衬底接工作电压VDD，源极和漏极中的一个连第五PMOS管P5的漏极，另一个接第二节点PB ；第五PMOS管P5的栅极接输出端0UT，源极接工作电压VDD ；第一 NMOS管NI的栅极和漏极相连并接输入端IIN，源极接地；第二 NMOS管N2的栅极连第一 NMOS管NI的栅极，漏极接第二节点PB，源极接地；反相器A2的输入端连第二节点PB，输出端连整个光检测电路的输出端OUT。所述第一三极管Ql和第二三极管Q2可以是NPN型双极晶体管，也可以是PNP型双极晶体管。以PNP型双极晶体管为例，其可以兼容CMOS工艺，制造方法为:在P型硅衬底上形成η阱，在η阱之上再通过离子注入形成P型掺杂区，这样便形成了一个纵向的PNP型双极晶体管。所述第一三极管Ql的发射区完全未被金属覆盖，其裸露区域能够充分地接受光的照射。第二三极管Q2的发射区完全被金属覆盖，使得第二三极管Q2的EB结(发射极与基极之间的PN结)不会因光照而产生电流。优选地，第二三极管Q2的发射区面积是第一三极管Ql的发射区面积的I 10倍。所述第一 PMOS管Pl和第四PMOS管Ρ4的长度相等，优选地该长度> 2 μ m。所述第一 NMOS管NI和第二 NMOS管N2的长度相等，优选地该长度> 2 μ m。并且第一 NMOS管NI的宽度为第二 NMOS管N2的宽度的I 32倍且为整数倍。所述第一 PMOS管Pl和第三PMOS管P3的宽度相等。所述第二 PMOS管P2的宽度是第一 PMOS管Pl的宽度的4 16倍且为整数倍。所述第四PMOS管P4的宽度与第三PMOS管P3的宽度的比值为如下的一种:1、2、3、4、1/2、1/3、1/4。优选地，第五PMOS管P5的长度< I μ m。请参阅图2，这是本专利技术所述光检测器电路的检测方法的一个实施例。一方面，第一三极管Ql受到光照时输出的漏端电流称为光电流，光电流的大小与光信号的强度成正t匕。该光电流经过第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2的传递和放大到达第二节点PB，成为第二 PMOS管P2的漏端电流。其中第二 PMOS管P2与第一 PMOS管Pl的宽度之比决定了光电流的放大倍数。另一方面，输入端IIN的输入电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光检测器电路，其特征是，包括两个三极管、五个PMOS管、两个NMOS管和一个反相器；第一三极管的基极接第一节点，集电极和发射极均接地；第二三极管的基极接第二节点，集电极和发射极均接地；第一PMOS管的栅极和漏极相连，源极接工作电压；第二PMOS管的栅极连第一PMOS管的栅极，源极接工作电压，漏极接第二节点；第三PMOS管的栅极和漏极相连，源极接第一节点；第四PMOS管的栅极连第一PMOS管的栅极，衬底接工作电压，源极和漏极中的一个连第五PMOS管的漏极，另一个接第二节点；第五PMOS管的栅极接输出端，源极接工作电压；第一NMOS管的栅极和漏极相连并接输入端，源极接地；第二NMOS管的栅极连第一NMOS管的栅极，漏极接第二节点，源极接地；反相器的输入端连第二节点，输出端连整个光检测电路的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种光检测器电路，其特征是，包括两个三极管、五个PMOS管、两个NMOS管和一个反相器； 第一三极管的基极接第一节点，集电极和发射极均接地； 第二三极管的基极接第二节点，集电极和发射极均接地； 第一 PMOS管的栅极和漏极相连，源极接工作电压； 第二 PMOS管的栅极连第一 PMOS管的栅极，源极接工作电压，漏极接第二节点； 第三PMOS管的栅极和漏极相连，源极接第一节点； 第四PMOS管的栅极连第一 PMOS管的栅极，衬底接工作电压，源极和漏极中的一个连第五PMOS管的漏极，另一个接第二节点； 第五PMOS管的栅极接输出端，源极接工作电压； 第一 NMOS管的栅极和漏极相连并接输入端，源极接地； 第二 NMOS管的栅极连第一 NMOS管的栅极，漏极接第二节点，源极接地； 反相器的输入端连第二节点，输出端连整个光检测电路的输出端。2.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征是，所述第一三极管的发射区完全未被金属覆盖，所述第二三极管的发射区完全被金属覆盖。3.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征是，所述第一PMOS管和第四PMOS管的长度相等。4.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征是，所述第一NMOS管和第二 NMOS管的长度相等；并且第一 NMOS管的宽度为第二 NMOS管的宽度的I 32倍且为整数倍。5.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征是，所述第一PMOS管和第三PMOS管的宽度相等。6.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征是，所述第二PMOS管的宽度是第一 PMOS管的宽度的4 16倍且为整数倍。7.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征是，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周平，李一天，王梓，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：