一種使用高精度增量式adc的環(huán)境光傳感器的電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用高精度增量式ADC的環(huán)境光傳感器的電路，屬于集成電路技 術領域。
【背景技術】
[0002] 環(huán)境光傳感器（ALS)集成電路正越來越多地用于各種顯示器和照明設備，以節(jié)省 電能，改善用戶體驗。環(huán)境光傳感器（ALS)檢測O-lOOhz的環(huán)境光，其應用需要低速高精度 低功耗的設計方案?，F(xiàn)有技術中環(huán)境光傳感器（ALS)集成電路存在功耗大、存在噪聲等缺 陷。如圖1所示的SAR ADC環(huán)境光傳感器（逐次逼近型模數(shù)轉換器的環(huán)境光傳感器）結構， 包括：光傳感器，電流電壓轉換器（跨導放大器），以及SAR ADC ;本方案的缺點：a)需要電 流到電壓轉換器，輸出電壓幅度Vsignal需要和SAR ADC的全范圍電壓VFSR(full scale voltage)相近；驅動SAR ADC需要較大的驅動能力；b)高精度SAR ADC需要較大面積的校 準工作。如圖2所示，采用積分ADC結構的環(huán)境光傳感器和時序電路，包括：201光傳感器、 202積分器、203比較器、204減法DAC，本方案的缺點：a)需要大容量的積分電容以避免運 放飽和，b)運放和比較器的失調電壓會直接影響ADC輸出，c)運放的噪聲（閃爍噪聲和熱 噪聲）和比較器噪聲累計到ADC輸出，d)積分和轉換是分開的步驟，造成較長的轉換時間， 運放虛地端的漏電流會對ADC輸出有較大影響，e)電壓相減DAC引入了采樣噪聲（KT/CdJ， f)電流參考源的噪聲（Vbc]t，Vtop，〇。信噪比計算公式：
[0004] 標注：公式中分母為總噪聲電壓；其中第一項為積分器采樣熱噪聲，CWd= Cp// Cint;
[0005] 第二項為運放的閃爍噪聲；第三項為比較器的噪聲；第四項為參考電壓源的噪 聲；第五項為DAC采樣噪聲引入的噪聲量。

【發(fā)明內容】

[0006] 發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術中存在的問題與不足，本發(fā)明提出一種使用高精度增量 式ADC的環(huán)境光傳感器的電路。環(huán)境光傳感器（ALS)檢測O-lOOhz的環(huán)境光，其應用需要 低速高精度低功耗的設計方案。本方案提供的incremental ADC電路結構能很好的滿足上 述要求，兼顧低功耗高精度的要求。
[0007] 技術方案：一種使用高精度增量式ADC的環(huán)境光傳感器的電路，包括光傳感器、 chopping積分器、比較器和反饋電流DAC ;光傳感器將采集到的環(huán)境光信號變換成電流信 號，增量式ADC的chopping積分器將攜帶環(huán)境光亮的電信號和反饋電流DAC的電流信號轉 換為電壓信號，電壓信號進入比較器，比較器將電壓信號與其設置的閾值電壓比較輸出信 號控制反饋電流DAC;此電路系統(tǒng)為一負反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定后比較器的輸出碼流可表示 環(huán)境光亮。此系統(tǒng)，chopping積分器后還可以級聯(lián)積分器以進一步提高系統(tǒng)信噪比，不過 系統(tǒng)穩(wěn)定性比較難做。
【附圖說明】
[0008] 圖1為現(xiàn)有SAR ADC環(huán)境光傳感器結構圖；
[0009] 圖2為現(xiàn)有集成ADC結構和時序電路結構示意圖；
[0010] 圖3為本發(fā)明電路原理圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0012] 如圖3所示，使用高精度增量式ADC的環(huán)境光傳感器的電路，包括光傳感器301、 chopping積分器302、比較器303和反饋電流DAC304。光傳感器301將采集到的環(huán)境光亮 信號變換成電流信號，chopping積分器302將攜帶環(huán)境光亮的電信號和反饋電流DAC的電 流信號轉換為電壓信號，電壓信號進入比較器303,比較器303將電壓信號與其設置的閾值 電壓比較輸出信號控制反饋電流DAC304;此電路系統(tǒng)為一負反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定后比較器 303的輸出碼流可表示環(huán)境光亮。此系統(tǒng)，chopping積分器302后還可以級聯(lián)積分器以進 一步提高系統(tǒng)信噪比，不過系統(tǒng)穩(wěn)定性比較難做。
[0013] 本方案優(yōu)點：
[0014] a)低噪音：運放和比較器噪聲對于一階incremental ADC可以被sqrt (0SR)倍抑 制，對于更高階incremental ADC可以抑制更多；
[0015] b)運放可以通過斬波來抑制閃爍噪聲；
[0016] c)電流DAC相對于電壓DAC有更低的噪聲；
[0017] d)低的轉換時間，使得在一個轉換周期內消耗更小的功率；同時積分器虛地的漏 電流的影響更小。
[0018] 米用incremental ADC結構的ALS，對于一階incremental ADC情況，信噪比計算 公式：
[0020] 標注：公式中分母為總噪聲電壓；其中第一項是反饋DAC的電流噪聲Inc_在積分 器輸出端的噪聲電壓體現(xiàn)；第二項為采樣噪聲在積分器輸出端的噪聲電壓體現(xiàn)。
[0021] InMse是電流DAC的噪聲電流，Cp運放虛地上的寄生電容。相對于前兩種架構，采 用Incremental ADC結構設計的ALS受益于過采樣率的信噪比提高，較好的flicker noise 消除能力和較低的DAC噪聲可以達到較高的分辨率和較低的功耗。
【主權項】
1. 一種使用高精度增量式ADC的環(huán)境光傳感器的電路，其特征在于，包括光傳感器、 chopping積分器、比較器和反饋電流DAC;光傳感器將采集到的環(huán)境光信號變換成電流信 號，增量式ADC的chopping積分器將攜帶環(huán)境光亮的電信號和反饋電流DAC的電流信號轉 換為電壓信號，電壓信號進入比較器，比較器將電壓信號與其設置的閾值電壓比較輸出信 號控制反饋電流DAC。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用高精度增量式ADC的環(huán)境光傳感器的電路，包括光傳感器、chopping積分器、比較器和反饋電流DAC；光傳感器將采集到的環(huán)境光信號變換成電流信號，增量式ADC的chopping積分器將攜帶環(huán)境光亮的電信號和反饋電流DAC的電流信號轉換為電壓信號，電壓信號進入比較器，比較器將電壓信號與其設置的閾值電壓比較輸出信號控制反饋電流DAC。
【IPC分類】G01J1/00
【公開號】CN105352593
【申請?zhí)枴緾N201510751509
【發(fā)明人】徐峰, 李紀鵬, 鄒定鍇
【申請人】南京天易合芯電子有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月6日