本實用新型涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光敏二極管暗電流消除電路。

背景技術(shù)：

光敏二極管又稱光電二極管，是一種光電轉(zhuǎn)換器件。目前使用最多的光敏二極管是硅光電二極管，具有四種類型：PN結(jié)型、PIN結(jié)型、雪崩性和肖特基型，主要用于自動控制，如光耦合、光電讀出裝置、紅外線遙控裝置、紅外防盜、編碼器、譯碼器等。光敏二極管的伏安特性決定其在無光照時，仍然有很小的漏電流，稱為暗電流。暗電流的存在會對使用光敏二極管的電路產(chǎn)生不利影響，因此需要在電路中設(shè)置暗電流消除電路，抵消暗電流。

目前使用最廣泛的光敏二極管暗電流消除電路主要是采用共源共柵結(jié)構(gòu)電流鏡來消除暗電流，如圖1所示，其中，pbias、pcas、nbias、ncas分別為電流鏡產(chǎn)生信號，K1_A/B/C/D為開關(guān)信號，同時控制電流方向，I1和I2為電流采集端，當(dāng)K1_A、K1_B為高時，I2提供電流，I1接收電流；相反時，I1提供電流，I2接收電流。在這種方案中，使用一對電流鏡可以消除一個單位電流，并聯(lián)使用n個，則可以消除n個單位電流，通過設(shè)置電流鏡組數(shù)，例如設(shè)置成1\2\4\…2^n-2\2^n-1，則可通過n組開關(guān)實現(xiàn)1-2ⁿ之間的電流變化。其缺陷在于：1）采用共源共柵電流鏡消除電流的步長不會太小，無法應(yīng)對光敏二極管暗電流極小的情況；2）當(dāng)要求高精度的電流量消除時，需要使用大量共源共柵電流鏡，電路結(jié)構(gòu)將會非常龐大，在半導(dǎo)體工藝中實現(xiàn)此結(jié)構(gòu)時，會占據(jù)很大面積，引入大量寄生效應(yīng)，同時會產(chǎn)生電流一致性的技術(shù)問題；3）采用開關(guān)電路，將不可避免引入開關(guān)噪聲。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供一種新型的光敏二極管暗電流消除電路，通過利用巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種光敏二極管暗電流消除電路，包括：第一電流源，耦接于電源電壓與第一節(jié)點之間或者第一節(jié)點與接地電壓之間，提供第一電流；第二電流源，耦接于電源電壓與第二節(jié)點之間或者第二節(jié)點與接地電壓之間，提供第二電流；第三電流源，耦接于第三節(jié)點與接地電壓之間或者電源電壓與第三節(jié)點之間，提供第三電流；第四電流源，耦接至第四節(jié)點與接地電壓之間或者電源電壓與第四節(jié)點之間，提供第四電流；第一MOS晶體管，耦接于第一節(jié)點與第三節(jié)點之間，其漏極和源極分別耦接至第一節(jié)點和第三節(jié)點；第一運算放大器，其輸出端耦接至第一MOS晶體管的柵極，其一輸入端耦接至第三節(jié)點，其另一輸入端耦接外部第一參考電壓；第二MOS晶體管，耦接于第二節(jié)點與第四節(jié)點之間，其漏極和源極分別耦接至第二節(jié)點和第四節(jié)點；第二運算放大器，其輸出端耦接至第二MOS晶體管的柵極，其一輸入端耦接至第四節(jié)點，其另一輸入端耦接外部第二參考電壓；一電阻，耦接于第三節(jié)點與第四節(jié)點之間；所述第一MOS晶體管與第二MOS晶體管的類型相同，所述第一電流、第二電流、第三電流和第四電流的電流值相同。

優(yōu)選地，所述第一MOS管和第二MOS管分別是第一NMOS管和第二NMOS管，此時，第一運算放大器的正向輸入端耦接至第一參考電壓，負(fù)向輸入端耦接至第三節(jié)點，第二運算放大器的正向輸入端耦接至第二參考電壓，負(fù)向輸入端耦接至第四節(jié)點。

優(yōu)選地，所述第一MOS管和第二MOS管分別是第一PMOS管和第二PMOS管，此時，第一運算放大器的負(fù)向輸入端耦接至第一參考電壓，正向輸入端耦接至第三節(jié)點；第二運算放大器的負(fù)向輸入端耦接至第二參考電壓，正向輸入端耦接至第四節(jié)點。

優(yōu)選地，所述電阻是可調(diào)電阻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型存在以下技術(shù)效果：

本實用新型暗電流消除電路設(shè)計巧妙，在此電路基礎(chǔ)上，第三節(jié)點和第四節(jié)點處的電壓值跟隨第一參考電壓和第二參考電壓，第一節(jié)點和第二節(jié)點處采集到電流的方向由第一參考電壓和第二參考電壓的差值，電流大小由第一參考電壓和第二參考電壓的差值與電阻值相除決定，當(dāng)需要消除的暗電流較小時可以增大電阻值的大小，當(dāng)需要消除的暗電流較大時可以降低電阻值的大小，使得本實用新型電路可以適用于各種暗電流大小的情況，避免設(shè)置多組電流鏡，極大簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低芯片面積和制造成本，同時也解決了多組電流鏡導(dǎo)致的寄生效應(yīng)和電流一致性的技術(shù)問題；另外，本實用新型避免使用開關(guān)，也同時降低了開關(guān)噪聲。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例1中光敏二極管暗電流消除電路示意圖；

圖3是本實用新型實施例2中光敏二極管暗電流消除電路示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。

實施例1：一種光敏二極管暗電流消除電路10，包括：第一電流源11，耦接于電源電壓與第一節(jié)點N1之間，提供第一電流；第二電流源12，耦接于電源電壓與第二節(jié)點N2之間，提供第二電流；第三電流源12，耦接至第三節(jié)點N3與接地電壓GND之間，提供第三電流；第四電流源14，耦接至第四節(jié)點N4與接地電壓GND之間，提供第四電流；所述第一電流、第二電流、第三電流和第四電流的電流值相同，均為I。

還包括第一MOS晶體管M1，耦接至第一節(jié)點N1與第三節(jié)點N3之間，其漏極和源極分別耦接至第一節(jié)點N1和第三節(jié)點N3；第一運算放大器A1，其輸出端耦接至第一MOS晶體管M1的柵極，其一輸入端耦接至第三節(jié)點N3，其另一輸入端耦接外部第一參考電壓V1；第二MOS晶體管M2，耦接至第二節(jié)點N2與第四節(jié)點N4之間，其漏極和源極分別耦接至第二節(jié)點N2和第四節(jié)點N4；第二運算放大器A2，其輸出端耦接至第二MOS晶體管M2的柵極，其一輸入端耦接至第四節(jié)點N4，其另一輸入端耦接外部第二參考電壓Vref；一電阻R_V-1，耦接至第三節(jié)點N3與第四節(jié)點N4之間。

需要注意的是，在本實用新型中所述第一MOS晶體管與第二MOS晶體管的類型相同，在本實施例中，所述第一MOS晶體管M1和第二MOS晶體管分別為第一NMOS管和第二NMOS管，此時，第一運算放大器A1的正向輸入端耦接至第一參考電壓V1，負(fù)向輸入端耦接至第三節(jié)點N3，第二運算放大器A2的正向輸入端耦接至第二參考電壓Vref，負(fù)向輸入端耦接至第四節(jié)點N4。

如上所述，在此電路基礎(chǔ)上，第三節(jié)點處的電壓值VI1會跟隨第一參考電壓V1，第四節(jié)點處的電壓值VI2會跟隨第二參考電壓Vref。

根據(jù)基爾霍夫電流定理，第一節(jié)點處采集到的電流值I1與第二節(jié)點處采集到的電流值可列如下兩等式：

I+I1= I+（VI1-VI2）/R_V-I => I1=（VI1-VI2）/R_V-I （1）

I+I2= I+（VI2-VI1）/R_V-I => I2=（VI2-VI1）/R_V-I （2）

因此，I1=-I2=(VI1-VI2)/R_V-I=(V1-Vref)/ R_V-I （3）

由上述公式可知，I1與I2之間電流的方向由第一參考電壓和第二參考電壓的差值決定，電流的大小由第一參考電壓和第二參考電壓的差值與電阻值相除決定。

實施例2：作為實施例1的一種變形方式，本實施例提供本實用新型另一種電路結(jié)構(gòu)形式。一種光敏二極管暗電流消除電路20，包括：第一電流源21，耦接于第一節(jié)點N1與接地電壓GND之間，提供第一電流；第二電流源22，耦接于第二節(jié)點N2與接地電壓GND之間，提供第二電流；第三電流源23，耦接于電源電壓與第三節(jié)點N3之間，提供第三電流；第四電流源24，耦接于電源電壓與第四節(jié)點N4之間，提供第四電流；所述第一電流、第二電流、第三電流和第四電流的電流值相同，均為I。

與實施例1相同，電路還包括第一MOS晶體管M1和第二MOS晶體管M2，所述第一MOS晶體管M1和第二MOS晶體管M2分別是第一PMOS晶體管和第二PMOS晶體管。其中，第一PMOS晶體管耦接至第一節(jié)點N1與第三節(jié)點N3之間，其漏極和源極分別耦接至第一節(jié)點N1和第三節(jié)點N3；第一運算放大器A1，其輸出端耦接至第一PMOS晶體管的柵極，其負(fù)向輸入端耦接至第一參考電壓V1，正向輸入端耦接至第三節(jié)點N3；第二PMOS晶體管，耦接至第二節(jié)點N2與第四節(jié)點N4之間，其漏極和源極分別耦接至第二節(jié)點N2和第四節(jié)點N4；第二運算放大器A2，其輸出端耦接至第二PMOS晶體管的柵極，第其負(fù)向輸入端耦接至第二參考電壓Vref，正向輸入端耦接至第四節(jié)點N4；一電阻R_V-1，耦接至第三節(jié)點N3與第四節(jié)點N4之間。

與上述實施例相同，在本實施例電路基礎(chǔ)上，第三節(jié)點處的電壓值VI1會跟隨第一參考電壓V1，第四節(jié)點處的電壓值VI2會跟隨第二參考電壓Vref。

根據(jù)基爾霍夫電流定理，第一節(jié)點處采集到的電流值I1與第二節(jié)點處采集到的電流值可列如下兩等式：

I+I1= I+（VI1-VI2）/R_V-I => I1=（VI1-VI2）/R_V-I （1）

I+I2= I+（VI2-VI1）/R_V-I => I2=（VI2-VI1）/R_V-I （2）

因此，I1=-I2=(VI1-VI2)/R_V-I=(V1-Vref)/ R_V-I （3）

由上述公式可知，I1與I2之間電流的方向由第一參考電壓和第二參考電壓的差值決定，而電流的大小由第一參考電壓和第二參考電壓的差值與電阻值相除決定。

在本實用新型電路實施的過程中，第一參考電壓和第二參考電壓通常是由外接的控制電路決定，當(dāng)控制電路決定第一參考電壓和第二參考為某些固定值時，優(yōu)選將電阻R_V-1設(shè)置為可調(diào)電阻。當(dāng)需要消除的暗電流較小時可以增大電阻值的大小，當(dāng)需要消除的暗電流較大時可以降低電阻值的大小，使得本實用新型電路可以適用于各種暗電流大小的情況，避免設(shè)置多組電流鏡，極大簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低芯片面積和制造成本，同時也解決了多組電流鏡導(dǎo)致的寄生效應(yīng)和電流一致性的技術(shù)問題；另外，本實用新型避免使用開關(guān)，也同時降低了開關(guān)噪聲。

當(dāng)然，本實用新型還可以通過調(diào)節(jié)第一參考電壓和第二參考電壓值的方式來調(diào)節(jié)第一節(jié)點和第二節(jié)點處電流值I1和I2，本實用新型不做限定。

總之，以上僅為本實用新型較佳的實施例，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍，在本實用新型的精神范圍之內(nèi)，對本實用新型所做的等同變換或修改均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。