CN104678449A - 光学近接侦测器 - Google Patents

Abstract

本发明中描述光学近接侦测器、供其使用的方法，及包括一光学近接侦测器的系统。此等光学近接侦测器包括一模拟前端及一数字后端。在某些具体实例中，该数字后端包括一动态增益及相位偏移校正器、一串扰校正器、一相位及量值计算器及一静态相位偏移校正器。该动态增益及相位偏移校正器校正归因于温度和/或操作电压位准的改变的该模拟前端的增益及相位偏移的动态变化。该串扰校正器校正与该模拟前端相关联的电和/或光学串扰。该相位及量值计算器取决于自该模拟前端接收的数字同相及正交相位信号的经校正的版本计算相位值及量值。该静态相位偏移校正器校正该光学近接侦测器的一静态相位偏移。

Description

光学近接侦测器

优先权主张

本申请案主张下列申请案的优先权：

2014年9月24日申请的美国非临时专利申请案第14/495,688号；

2014年8月27日申请的美国临时专利申请案第62/042,661号；

2014年2月14日申请的美国临时专利申请案第61/940,112号，及

2013年11月27日申请的美国临时专利申请案第61/909,743号。

技术领域

本发明的具体实例大体是关于光学近接侦测器、包括光学近接侦测器是系统及有关方法。

背景技术

光学近接侦测器(其也可被称作光学近接传感器或光学近接侦测传感器)典型地包括或使用光源及邻近感旋光性光侦测器。此光学近接侦测器可用以基于自对象反射且由光侦测器侦测的源自光源的光侦测对象的存在、估计对象的近接(例如，至对象之距离)和/或侦测对象的运动。在此等侦测器具体用以侦测至对象的距离的情况下，其也可被称作光学距离侦测器或光学距离传感器。在此等侦测器依赖于飞行时间(TOF)原理侦测至对象的距离的情况下，其也可被称作光学TOF传感器、光学TOF近接传感器、光学TOF近接侦测器或类似的。随着电池操作式手持型装置(诸如，移动电话)的出现，此等侦测器/传感器的价值已变得更重要。举例而言，来自移动电话电池的相当大的量的能量用以驱动显示器，且在当将移动电话或其他装置拿至用户的耳边时(在使用者的耳边处，无论如何，其不能被检视)关断显示器或背光中存在价值。光学近接侦测器已用于此及许多其他应用。

对于其他实例，在其中可有利地通过光学近接侦测器侦测对象的存在上有许多其他应用。此等范围自感测机械上已打开保护盖、纸已经正确地定位于打印机中或操作者的手有危险地在操作机器附近的时间。也可将光学近接侦测器用作简单触碰或近触碰启动式开关，且可将其实施于如键盘或具有经密封但允许来自光源的光穿过且反过来由侦测器感测的塑料外壳的装置的应用中。

发明内容

本发明描述的本发明的具体实例是有关光学近接侦测器、供其使用的方法，及包括一光学近接侦测器的系统。此等光学近接侦测器包括一模拟前端及一数字后端。根据某些具体实例，数字后端包括一动态增益及相位偏移校正器、一串扰校正器、一相位及量值计算器及一静态相位偏移校正器。该动态增益及相位偏移校正器校正归因于温度和/或操作电压位准的改变的模拟前端的增益及相位偏移的动态变化。该串扰校正器校正与模拟前端相关联的电和/或光学串扰。该相位及量值计算器取决于自模拟前端接收的数字同相及正交相位信号的经校正的版本计算相位值及量值。该静态相位偏移校正器校正光学近接侦测器的静态相位偏移。

具体的，本发明实施例提供一种光学近接侦测器，其包含：

一驱动器，其产生具有一载波频率的用于驱动一光源的一驱动信号，以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

一光侦测器，其产生一光侦测信号，用以指示由该光源发射的该光中反射离开一对象且入射于该光侦测器上的一部分的一量值及一相位；

一模拟前端，其包括：

放大电路，其接收该光侦测信号且输出一经振幅调整的光侦测信号；

一或多个模拟/数字转换器(ADC)，其用以：

接收该经振幅调整的光侦测信号，或自该经振幅调整的光侦测信号产生的同相及正交相位信号，且

输出一数字光侦测信号或数字同相及正交相位信号；及

一数字后端，其包括一动态增益及相位偏移校正器，该动态增益及相位偏移校正器在该光学近接侦测器的一操作模式期间用以：

自该模拟前端接收该数字光侦测信号且自该数字光侦测信号产生数字同相及正交相位信号，或自该模拟前端接收该数字同相及正交相位信号，

校正由该模拟前端的一部分引起的增益及相位偏移的动态变化，及

输出经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号。

具体的，其进一步包含：

一校准参考信号产生器，其产生一校准参考信号，该校准参考信号具有与由该驱动器产生的该驱动信号相同的一相位且具有在该模拟前端的一动态范围内的一量值；

其中在该光学近接侦测器的一校准模式期间：

将由该校准参考信号产生器产生的该校准参考信号提供至该模拟前端；且

该数字后端用以：

判定对应于该数字同相及正交相位信号的一IQ向量的一实际量值及一实际相位；

判定该IQ向量的该实际量值与该IQ向量的一预期量值之间的一差，以便判定一零相增益偏移；

判定该IQ向量的该实际相位与该IQ向量的一预期相位之间的一差，以便判定一零相相位偏移；及

基于该零相增益偏移及该零相相位偏移，判定用于由该动态增益及相位偏移校正器在该光学近接侦测器的该操作模式期间使用的一转移函数。

其中：该模拟前端的该部分包括该放大电路，针对该部分，该动态增益及相位偏移校正器是校正增益及相位偏移的动态变化；

该模拟前端的该放大电路包括一固定增益放大器，及位在该固定增益放大器下游的一或多个可变增益放大器；且

由该放大电路引起的增益及相位偏移的该动态变化是归因于与该放大电路相关联的温度或操作电压中至少一个的动态变化。

其中该动态增益及相位偏移校正器也校正该光源或该光侦测器中至少一个的增益及相位偏移的动态变化。

其中：该模拟前端的该部分具有一转移函数，针对该部分，该动态增益及相位偏移校正器是校正增益及相位偏移的动态变化，该转移函数包括对应于该模拟前端的该部分的一标称回应的一标称部分及对应于该模拟前端的该部分的一动态增益偏移及一动态相位偏移的一动态部分；且

该动态增益及相位偏移校正器具有实质上等于该模拟前端的该部分的该转移函数中该动态部分的一反转的一转移函数。

其中该数字后端也包括：

一串扰校正器，其用以：

自该动态增益及相位偏移校正器接收该经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号，

校正电串扰及光学串扰中的至少一个，及

输出经串扰校正的数字同相及正交相位信号。

其中该数字后端也包括：

一相位及量值计算器，其取决于该经串扰校正的数字同相及正交相位信号以判定一相位值及一量值。

其中该数字后端也包括：

一静态相位偏移校正器，其用以：

接收由该相位及量值计算器判定的该相位值，

校正与该模拟前端相关联的一静态相位偏移，及

输出用以指示该光学近接侦测器与一对象之间的一距离的一经校正的相位值，由该驱动器驱动的一光源发射的光反射离开该对象且入射于该光侦测器上。

其中该静态相位偏移校正器也校正与该光源或该光侦测器中至少一个相关联的一静态偏移。

其中该数字后端也包括一增益调整控制器，其产生一增益调整信号，以调整该模拟前端的该放大电路中的一或多个可变增益放大器的一增益。

本发明实施例还提供一种用于由包括一模拟前端及一数字后端的一光学近接侦测器使用的方法，该方法包含：

(a)产生具有一载波频率的一驱动信号；

(b)通过该驱动信号驱动一光源，以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

(c)产生一模拟光侦测信号，用以指示由该光源发射的该光中反射离开一对象且入射于一光侦测器上的一部分的一量值及一相位；

(d)使用该模拟前端的放大电路放大该模拟光侦测信号，以借此产生一经振幅调整的模拟光侦测信号；

(e)取决于该经振幅调整的模拟光侦测信号以产生数字同相及正交相位信号；及

(f)校正由该模拟前端的一部分引起的增益及相位偏移的动态变化，以借此产生经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号。

其中步骤(a)至(f)是在该光学近接侦测器的一操作模式期间执行，且在该光学近接侦测器的一校准模式期间进一步包含：

产生具有与用于驱动该光源的该驱动信号相同的一相位的一校准参考信号；

将该校准参考信号提供至该模拟前端；

判定对应于自该模拟前端接收的数字同相及正交相位信号或其经滤波版本的一IQ向量的一实际量值及一实际相位；

判定在该IQ向量的该实际量值与该IQ向量的一预期量值之间的一差，以便判定一零相增益偏移；

判定在该IQ向量的该实际相位与该IQ向量的一预期相位之间的一差，以便判定一零相相位偏移；及

基于该零相增益偏移及该零相相位偏移，以判定用于在该光学近接侦测器的该操作模式期间校正增益及相位偏移的动态变化的一转移函数。

其中步骤(a)至(f)是在该光学近接侦测器的一操作模式期间执行，且在该光学近接侦测器的一校准模式期间进一步包含：

使该光侦测器不回应自该光学近接侦测器外部入射于该光侦测器上的光；

产生具有该载波频率的该驱动信号；

通过该驱动信号驱动该光源以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

产生用以指示电及光学串扰的一模拟侦测信号；

使用该模拟前端的该放大电路放大该模拟侦测信号，以借此产生一经振幅调整的模拟侦测信号；

取决于该经振幅调整的模拟侦测信号以产生数字同相及正交相位信号；及

储存用以指示电及光学串扰的串扰误差数据，而用于在该操作模式期间使用。

其中：该模拟前端的该部分包括用以执行在步骤(d)处的该放大的放大电路，针对该部分是在步骤(f)处校正增益及相位偏移的动态变化；且

由该放大电路引起的增益及相位偏移的该动态变化是归因于与该放大电路相关联的温度或操作电压中至少一个的动态变化。

其中该模拟前端的该部分也包括该光源或该光侦测器中的至少一个，针对该部分是在步骤(f)处校正增益及相位偏移的动态变化。

其中：用以执行在步骤(d)处的该放大的该放大电路具有一转移函数，其包括对应于该放大电路的一标称响应的一标称部分及对应于该放大电路的一动态增益偏移及一动态相位偏移的一动态部分；且

在步骤(f)处，使用具有实质上等于该放大电路的该转移函数的该动态部分的一反转的一转移函数的数字电路，来执行对于增益及相位偏移的动态变化的该校正。

其进一步包含：(g)校正电串扰及光学串扰中的至少一个，以借此产生经串扰校正的数字同相及正交相位信号。

其进一步包含：(h)取决于该经串扰校正的数字同相及正交相位信号，以判定一相位值及一量值。

其进一步包含：(i)校正与该模拟前端相关联的一静态相位偏移，以借此产生用以指示至该对象的一距离的一相位值。

其中步骤(a)至(d)由该光学近接侦测器的该模拟前端执行，步骤(f)至(i)由该光学近接侦测器的该数字后端执行，且步骤(e)由该光学近接侦测器的该模拟前端或该数字后端执行。

本发明实施例还提供一种系统，其包含：

一驱动器，其产生具有一载波频率的用于驱动一光源的一驱动信号，以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

一光侦测器，其产生一光侦测信号，以指示由该光源发射的该光中反射离开一对象且入射于该光侦测器上的一部分的一量值及一相位；

一模拟前端，其接收该光侦测信号且输出一数字光侦测信号，或自该数字光侦测信号产生的数字同相信号及正交相位信号；及

一数字后端，其自该模拟前端接收该数字光侦测信号且自该数字光侦测信号产生数字同相及正交相位信号，或自该模拟前端接收该数字同相及正交相位信号，

该数字后端包括：

一动态增益及相位偏移校正器，其接收彼数字同相及正交相位信号，且输出经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号；

一串扰校正器，其接收该经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号，且输出经串扰校正的数字同相及正交相位信号；及

一相位及量值计算器，其取决于该经串扰校正的数字同相及正交相位信号来判定一相位值及一量值；及

一静态相位偏移校正器，其接收由该相位及量值计算器判定的该相位值，校正与该模拟前端相关联的一静态相位偏移，且输出用以指示在该光学近接侦测器与一对象之间的一距离的一经校正的相位值，由该驱动器驱动的该光源发射的光是反射离开该对象且入射该光侦测器上。

其进一步包含：一子系统，其能够经启用及停用；及

一比较器或处理器，其自该数字后端的该静态相位偏移校正器接收经校正的相位值，且取决于该经校正的相位值而选择性地启用或停用该子系统。

其中该子系统是选自由以下各个组成的群组：

一触摸屏，

一显示器，

一背光，

一虚拟滚轮，

一虚拟小键盘，

一导览键，

一摄影机，

一传感器，

一中央处理单元(CPU)，或

一机械致动器。

附图说明

图1说明根据本发明的一具体实例的光学近接侦测器。

图2A为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学近接侦测器的光学近接侦测器在操作模式期间使用的方法的高阶流程图。

图2B为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学近接侦测器的光学近接侦测器在动态增益及相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。

图2C为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学近接侦测器的光学近接侦测器在串扰校准模式期间使用的方法的高阶流程图。

图2D为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学近接侦测器的光学近接侦测器在静态相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。

图3A及图3B为用以描述根据一具体实例的在图1中介绍的数字后端的一具体实施的方块图。

图4说明由图1中介绍的驱动器产生的驱动信号的一例示性重复率及一例示性脉冲宽度。

图5说明根据一具体实例的一系统，其包括在图1中介绍的光学近接侦测器。

附图标记说明：

102：光学近接侦测器

103：光障壁

104：光源

105：目标

106：光侦测器

107：校准参考信号产生器

108：模拟前端

110：驱动器

112：数字后端

120：时序产生器

122：放大器

130：增益调整电路

132：模拟放大电路

140：IQ解调器

142i、142q：乘法器

144i、144q：低通滤波器(LPF)

146i、146q：模拟/数字转换器(ADC)

150：增益调整控制器

152：数字滤波器

152q：数字滤波器

153：动态增益及相位偏移校正器

154：串扰校正器

156：相位及量值计算器

158：静态相位偏移校正器

160：缓存器

162：内存

170：比较器

180：相位累加器

182：相位缓存器

192：D正反器(DFF)

194：多任务器(MUX)

202-256：方法步骤

500：系统

504：比较器或处理器

506：子系统

Sw：开关

具体实施方式

图1说明根据本发明的一具体实例的光学近接侦测器102。在光学近接侦测器102用于侦测至对象(例如，105)的距离的情况下，光学近接侦测器102可替代地被称作光学距离侦测器102。在光学近接侦测器102依赖于飞行时间(TOF)原理侦测至对象的距离的情况下，其也可更具体地被称作光学TOF距离传感器、光学TOF近接传感器、光学TOF近接侦测器或类似的。参看图1，将光学近接侦测器102展示为包括一红外光源104、一光侦测器106、模拟前端电路108、数字后端电路112、一驱动器110及一时序产生器120。也可将光源104及光侦测器106考虑为模拟前端电路108的部分。模拟前端电路108也可被称作模拟前端、前端频道或简称为前端。类似地，数字后端电路108也可被称作数字后端、后端频道或简称为后端。时序产生器120可包括(例如)输出高频信号(例如，5MHz)的一本地振荡器及将高频信号的相位移位90度的一移相器。如以下将按额外细节来描述，高频信号(例如，5MHz)可提供至驱动器110及前端108，且移位90度的高频信号也可提供至前端108。时序产生器120也可包括产生其他频率(例如，更低和/或更高频率)的信号的电路，该等信号可由光学近接侦测器102的各种其他区块使用。

红外光源104可为(例如)一或多个红外线发光二极管(LED)或红外线激光二极管，但不限于此。虽然红外线(IR)光源常用于光学近接侦测器中，但因为人眼不能侦测IR光，所以光源可替代地产生其他波长的光。因此，红外光源104可更一般地被称作光源104。光侦测器106可为(例如)一或多个光电二极管(PD)，但不限于此。当实施为在光导模式中操作的PD时，光侦测器106将侦测的光转换成电流信号。若实施为在光电模式中操作的PD，则光侦测器106将使侦测的光转换成电压信号。除非另有叙述，否则为了此描述的原因而假定光侦测器106为在光导模式中操作的PD。

根据一具体实例，前端108在高频(例如，5MHz)下接收广泛范围的输入电流(自光侦测器106)，且调节该信号用于数字化。此调节可包括调整增益以增大且较佳地优化动态范围，滤波以增大且较佳地优化信杂比(SNR)，及IQ解调变以简化数字后端处理。根据一具体实例，数字后端112执行额外滤波，校正动态增益及相位偏移误差，校正串扰误差，且计算指示光学近接侦测器102与目标105之间的距离的相位。数字后端112也可校正静态相位偏移误差。另外，数字后端112产生用于模拟前端108的一或多个控制信号。以下描述模拟前端108及数字后端112的额外细节。

仍参看图1，根据一具体实例，模拟前端108包括一放大器122、一增益调整电路130、一IQ解调器电路140、模拟低通滤波器144i、144q及模拟/数字转换器(ADC)146i、146q。虽然将ADC 146i及146q说明为两个分开的ADC，但可替代地使用一单一ADC，在该情况下，该单一ADC在I频道与Q频道之间时间共享。根据一具体实例，数字后端112包括一增益调整控制器150、一或多个数字滤波器152、一动态增益及相位偏移校正器153、一串扰校正器154、一相位及量值计算器156及一静态相位偏移校正器158。根据一具体实例，数字后端112内的区块中的每一个是使用一数字信号处理器(DSP)实施。替代地，数字后端112内的区块中的每一个可使用数字电路来实施。可使用DSP实施数字后端112的区块中的一些而使用数字电路实施其他区块也是可能的。

驱动电路110取决于由时序产生器120产生的驱动时序信号(也被称作IrDr时序信号)产生驱动信号。驱动时序信号可为(例如)5MHz方波信号，但不限于此。此驱动信号用以驱动红外光源104，回应于此，红外光源104发射红外光。发射的红外光的调变频率(其也可被称作载波频率)取决于驱动时序信号的频率(例如，5MHz)。换言之，在红外光源104由5MHz驱动信号驱动的情况下，则发射的红外光的载波频率将为5MHz。

若在光学近接侦测器102的感测区域(也即，视野及范围)内存在一目标105(其可更一般化地被称作对象105)，则由红外光源104发射的红外光将自目标105反射，且反射的红外光的一部分将入射于光侦测器106上。响应于侦测到光，光侦测器106产生指示侦测的光的量值及相位的光侦测信号。光侦测信号的量值可取决于(例如)目标105与光学近接侦测器102之间的距离及目标的色彩。一般而言，在所有其他事物皆相等的情况下，目标105愈靠近，则光侦测信号的量值愈大。另外，在所有其他事物皆相等的情况下，若目标具有白色或另一高度反射性色彩，则光侦测信号的量值将比若目标具有黑色或另一低反射性色彩大。相比之下，光侦测信号的相位应主要地取决于目标105与光学近接侦测器102之间的距离，且不应取决于目标105的色彩或反射率。

虽未展示于图1中，但一或多个光学滤波器可位于光侦测器106的前部以反射和/或吸收不关注的波长。针对一更具体的实例，可使用一或多个光学滤波器拒绝环境可见光且使红外光通过。可使用用于拒绝和/或补偿环境可见光的替代和/或额外技术，如此项技术中已知。

由光源104发射且由光侦测器106侦测的红外光(其尚未反射离开目标对象105)被考虑为降低总体装置或系统感测距离的能力的光学串扰。一些此光可直接自光源104行进至光侦测器。为了减少且较佳地防止光直接自光源104行进至该光侦测器106，可使用不透明光障壁(在图1中展示为组件103)来将光源104与光侦测器106隔离。然而，光障壁常常不完美，导致在障壁下、上和/或经由障壁的光泄漏。另外，光学串扰可自镜面反射和/或其他类型的反向散射产生，尤其在光源104及光侦测器106由玻璃或塑料盖板覆盖的情况下，如此项技术中已知。

在将由光侦测器106产生的光侦测信号提供至增益调整电路130前，光侦测信号可由选用的放大器122(其具有固定增益)放大。取决于需要在电压域或是电流域中执行信号处理，且取决于光侦测器106产生指示侦测的光的量值及相位的电压信号或是电流信号，选用的放大器122也可用以将电流信号转换至电压信号，或反之亦然。举例而言，放大器122可为具有固定增益的跨阻抗放大器(TIA)。本文中描述的多数信号一般被称作信号，而不指定该信号为电流信号或是电压信号。这是因为取决于实施方式，可使用任一类型的信号。除非另有叙述，否则将假定放大器122为将由光侦测器106产生的电流信号转换至电压信号的跨阻抗放大器(TIA)，且由前端108进行的进一步处理在电压域中进行，如与电流域相反。放大器122与增益调整电路130共同地或个别地可被称作放大电路132，或更具体言之，被称作模拟放大电路132。

仍参看图1，增益调整电路130包括由增益调整控制器150控制的至少一可变增益放大器(VGA)。在此文件内，光侦测信号当在本文中使用该术语时为指示由光侦测器106侦测的光的量值及相位的信号，不管该信号是否由选用的固定增益放大器122放大。增益调整电路130取决于自增益调整控制器150接收的一或多个增益调整信号调整光侦测信号的振幅，如以下将按额外细节来描述。增益调整电路130的输出(其可被称作经振幅调整的光侦测信号)经提供至IQ解调器140。更一般而言，模拟放大电路132的输出可被称作经振幅调整的光侦测信号。

增益调整电路130也可包括(例如)带通滤波器(BPF)，其减小前端108的带宽以拒绝原本将不利地影响前端108的噪声。BPF可(例如)具有5MHz的中心频率、3dB 500kHz带宽、4.75MHz的下截止频率及5.25MHz的上截止频率。BPF可在增益调整电路130的一对VGA之间。此仅为一实例，其并不意谓为限制性的。

IQ解调器140将经振幅调整的光侦测信号分成同相信号及正交相位信号(其也可分别被称作I分量及Q分量，或简被为I信号及Q信号)，其中正交相位信号相对于同相信号90度异相。在一具体实例中，IQ解调器140包括一对混频器(标注为142i及142q)，其也可被称作乘法器142i及142q。混频器142i、142q两个自增益调整电路130接收同一经振幅调整的光侦测信号。混频器142i将经振幅调整的光侦测信号乘以由时序产生器120产生的同相解调变信号(IDem)。混频器142q将经振幅调整的光侦测信号乘以由时序产生器120产生的正交相位解调变信号(QDem)。

根据一具体实例，同相解调变信号(IDem)具有与由时序产生器120产生的驱动时序信号(也被称作IrDr时序信号)相同的相位(也即，与驱动时序信号同相)，时序产生器120用以产生驱动光源104的驱动信号，且正交相位解调变信号(QDem)与同相解调变信号(IDem)异相90度(且因此，与由时序产生器120产生的驱动时序信号异相90度)。当将经振幅调整的光侦测信号分成同相及正交相位信号时，混频器142i、142q也将此等信号降频转换至基频。

在一具体实例中，同相信号及正交相位信号(其两者皆由IQ解调器140输出)由各别选用的模拟LPF 144i、144q低通滤波且由各别ADC 146i、146q数字化。选用的模拟LPF 144i、144q可用以滤出自由混频器142i、142q执行的混合产生的并非关注的谐波及高频噪声。ADC 146i的输出可被称作数字同相信号，且ADC 146q的输出可被称作数字正交相位信号。

将由前端108输出的数字同相信号及数字正交相位信号(其可分别被称作数字I信号及数字Q信号)提供至数字后端112。如上所提到，数字后端112展示为包括一或多个选用的数字滤波器152、一动态增益及相位偏移校正器153、一串扰校正器154、一相位及量值计算器156、一静态相位偏移校正器158及一增益调整控制器150。

数字滤波器152中的每一个可(例如)实施为积分与倾倒电路(integrate-and-dump)，在该情况下，其也可被称作抽选器(decimator)、积分与倾倒抽选器或积分与倾倒滤波器。举例而言，一数字滤波器152可在一时间周期内对数字同相信号积分且接着输出(即，倾倒)结果，在该时点，其经重设且针对另一时间周期重复积分与倾倒功能，及诸如此类；且另一数字滤波器152可在一时间周期内对数字正交相位信号积分且接着输出(即，倾倒)结果，在该时点，其经重设且针对另一时间周期重复积分与倾倒功能，及诸如此类。数字滤波器152的其他实施也是可能的。

根据一具体实例，增益调整控制器150判定或估算提供至其的IQ向量的振幅以借此调整前端108的VGA的增益，使得IQ向量的振幅实质上等于目标振幅，以便增大且较佳地优化前端108的动态范围。若IQ向量的振幅低于目标振幅，则增大在增益调整电路130内的VGA的增益。相反地，若IQ向量的振幅高于目标振幅，则减小在增益调整电路130内的VGA的增益。相反地，使用增益调整回馈回路调整IQ向量的振幅。增益调整控制器150可判定IQ向量的振幅，例如，通过计算数字I信号平方的振幅与数字Q信号平方的振幅的总和的平方根。替代地，增益调整控制器150可通过仅假定IQ向量的振幅等于数字I信号的振幅及数字Q信号的振幅中的较大者来估算IQ向量的振幅。换言之，增益调整控制器150可将数字I信号的振幅与数字Q信号的振幅比较，且选择较大的任一振幅作为IQ向量的振幅的近似值。增益调整控制器150可替代地使用其他技术来判定或估算IQ向量的振幅。替代地，峰值侦测器可用以监视经振幅调整的光侦测信号的摆动，且增益调整控制器150可调整增益以调整至指定位准的摆动。

动态增益及相位偏移校正器153校正模拟前端108的增益及相位偏移归因于温度和/或模拟前端108的操作电压位准的改变而造成的动态变化。操作电压位准的此等改变可(例如)归因于用以对模拟前端108的组件供电的电压位准的改变。串扰校正器154取决于实施方式来校正电串扰和/或光学串扰。相位及量值计算器156取决于自模拟前端108接收的数字I信号及数字Q信号且(更具体言之)基于其经校正的版本计算相位值及量值。由相位及量值计算器156接收的数字I信号及数字Q信号的经校正的版本也可被称作经校正的IQ向量。诸如(但不限于)CORDIC算法的各种熟知算法可用以自经校正的IQ向量计算相位。静态相位偏移校正器158校正光学近接侦测器102的静态相位偏移，其也可被称作距离偏移校准。自静态相位偏移校正器158输出的相位值可储存于在数字后端112内或在数字后端外部的缓存器(例如，160)或内存(例如，162)中。总之，此缓存器或内存可由响应于该相位或更一般而言响应于目标105与光学近接侦测器102之间的距离的另一子系统存取。存取储存的相位的子系统仅响应目标105在光学近接侦测器102的范围及视野内的存在也是可能的。

以下论述动态增益及相位偏移校正器153、串扰校正器154及静态相位偏移校正器158的操作的额外细节。执行在IQ域中的校正及计算的参看图1描述的后端112的益处为，IQ域为线性且可通过线性函数估算。此有利地允许使用线性处理技术，此可显著减轻实施复杂度。

在图1(及以下描述的图3A及图3B)中，将IQ解调器140展示为模拟前端108的部分且在距ADC 146i、146q上游的模拟域中执行IQ解调变。在替代性具体实例中，IQ解调器可为数字后端112的部分且可在数字域中执行IQ解调变。更具体言之，由放大电路132输出的经振幅调整的光侦测信号可由模拟前端108的ADC 146转换至数字经振幅调整的光侦测信号。数字后端112可接着将数字经振幅调整的光侦测信号分成其数字同相及正交相位版本(其也可分别被称作I分量及Q分量，或简被为I信号及Q信号)，其中数字正交相位信号相对于数字同相信号异相90度。换言之，替代在放大电路132与ADC 146之间执行IQ解调变，可替代地在ADC 146(例如，实施为带通积分三角ADC，但不限于此)与动态增益及相位偏移校正器153之间执行IQ解调变。以下描述的动态增益及相位偏移校正器153、串扰校正器154及静态相位偏移校正器158可供上述具体实例中的任一个使用，也即，不管IQ解调器为模拟前端或是数字后端的部分。

动态模拟增益及相位偏移校正

虽未在图1中具体展示，但存在电压调节器和/或将电力提供至模拟前端108的模拟组件的其他模拟电压供应器，诸如(但不限于)，放大器122及增益调整电路130的一或多个VGA。此等模拟组件的操作可取决于此等组件的温度和/或提供至此等组件的供电电压变化。更具体言之，此等模拟组件的增益可取决于此等组件的温度和/或此等组件的操作电压而变化(例如，漂移)。另外，由此等组件引起的相位偏移可取决于此等组件的温度和/或此等组件的操作电压而变化。若未动态补偿，则增益及相位偏移的此等动态改变可不利地影响用以判定对象(例如，105)相对于光学近接侦测器102的距离的相位计算。现在将描述的本发明的特定具体实例用以补偿模拟前端108的模拟组件的增益及相位偏移的此等动态改变。

模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，模拟前端的在IQ解调器前的模拟电路)的动态响应可由以下等式以数学方式表示：

H(s)＝H_O(s)*A(V,T)*e^jφ(V,T)

其中

H(s)表示模拟前端的放大器及增益调整电路的总响应，

HO(s)表示模拟前端的放大器及增益调整电路的标称响应，

A(V,T)表示作为操作电压及温度的函数的模拟前端的放大器及增益调整电路的动态增益偏移，及

φ(V,T)表示作为操作电压及温度的函数的模拟前端的放大器及增益调整电路的动态相位偏移。

根据一具体实例，为了补偿模拟前端在IQ解调器前的模拟电路的动态增益及相位偏移，动态增益及相位偏移校正器153具有实质上等于Ho(s)/H(s)＝1/{A(V,T)*e^jφ(V,T)}的一转移函数。换言之，动态增益及相位偏移校正器153具有实质上等于模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，模拟前端在IQ解调器前的模拟电路的动态部分)的传递函数的动态部分的反转的转移函数。若动态增益及相位偏移校正器153的转移函数为Ho/H'(s)，则希望H'(s)尽可能靠近H(s)。更一般而言，动态模拟增益及相位偏移校正器153校正模拟前端108的增益及相位偏移归因于温度和/或用以对模拟前端108的电力组件供电的供应电压位准的改变而造成的动态变化。

根据一具体实例，为了估计模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，模拟前端在IQ解调器前的模拟电路)的响应，校准参考信号由校准参考信号产生器107产生，且在校准模式期间使用开关Sw提供至模拟前端108，校准模式可更具体地被称作动态增益及相位偏移校准模式或程序。更具体言之，开关Sw在动态增益及相位偏移校准模式将模拟前端108的输入连接至校准参考信号产生器107的输出，且开关Sw在操作模式期间将模拟前端108的输入连接至光侦测器106。

根据某些具体实例，由校准参考信号产生器107产生的校准参考信号基本上为由驱动器110输出的驱动信号的衰减版本，其在相位上与由驱动器110输出的驱动信号匹配。在一个具体实例中，校准参考信号接收提供至驱动器110的输入的同一信号(也即，IrDr时序信号)且产生在相位上匹配于驱动器110的输出的输出，但具有在模拟前端108的动态范围内的量值。在另一具体实例中，校准参考产生器107包括经组态为光学耦合器的另外光源及光侦测器(相异于104及106)，其中由(光学耦合器)该另外光侦测器产生的信号为校准参考信号。在再一具体实例中，校准参考信号产生器107包括：一感测电阻器，其感测由驱动器110输出的驱动信号；及一衰减器，其衰减感测的驱动信号的量值而不改变驱动信号的相位。替代地，在校准模式期间，驱动器110可输出用作校准参考信号的具有减小的量值的驱动信号。不管实施如何，校准参考信号经产生且在动态增益及相位偏移校准模式期间使用开关Sw提供至模拟前端108，其中校准参考信号具有与由驱动器110输出的驱动信号相同的相位，且具有在模拟前端108的动态范围内的量值。此校准参考信号也可被称作零相(ZP)校准参考信号。

若不存在由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态增益偏移，则由ADC 146i、146q响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而输出的IQ向量(包括数字I信号及数字Q信号)的量值应仅取决于校准参考信号的量值、由放大器122引起的增益的标称位准，及由增益调整电路130引起的增益的标称位准。因此，IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的预期量值可易于计算，或以其他方式通过直接计算毕达哥拉士定理或CORDIC算法来判定，但不限于此。然而，因为由放大器122及增益调整电路130引起的增益的实际位准将归因于温度和/或操作电压的变化而变化，所以IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的实际量值将不同于预期量值，其中其间的差为由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态增益偏移。可在校准模式期间判定的IQ向量的实际量值与IQ向量的预期量值之间的差将被称作零相增益偏移或简称为A_ZP。

若不存在由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态增益偏移，则由ADC 146i、146q响应于校准参考信号提供至模拟前端108而输出的IQ向量(包括数字I信号及数字Q信号)的相位应为标称相位偏移。换言之，IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的预期相位为标称相位。然而，因为放大器122及增益调整电路130引起将归因于温度和/或操作电压的变化而变化的相位偏移，所以IQ向量(响应于校准参考信号经提供至模拟前端108而产生)的实际相位将不同于预期标称相位偏移，其中其间的差为由模拟前端108的放大器122及增益调整电路130(且更一般而言，由模拟前端在IQ解调器前的模拟电路)引起的动态相位偏移。可在校准模式期间判定的IQ向量的实际相位与IQ向量的预期相位之间的差将被称作零相相位偏移或简称为φ_ZP。

根据一具体实例，零相增益偏移(也即，A_ZP)及零相相位偏移(也即，φ_ZP)经在校准模式期间判定，且用以判定由动态增益及相位偏移校正器153在操作模式期间应用的转移函数。更具体言之，根据一具体实例，动态增益及相位偏移校正器153的转移函数为

取决于实施方式，由动态增益及相位偏移校正器153应用的前述转移函数也可用以校正由光源104和/或光侦测器106引起的动态增益及相位偏移。

串扰校正

如上所指出，取决于实施方式，串扰校正器154校正电串扰和/或光学串扰。电串扰可(例如)自由驱动器110产生的单端相对高电流同相驱动信号(其用以驱动光源104)产生。更一般而言，电串扰也可由自一电路、电路的部分或频道至另一电路、电路的部分或频道的不当电容性、电感性和/或传导性耦合而引起和/或归因于不当电力供应器耦合。光学串扰可(例如)自经由分开光源104与光侦测器106的光障壁103的镜面反射、朗伯反射或泄漏而产生。光学串扰的原因及根源的例示性另外细节如上所论述。

最佳地，若驱动器110驱动红外光源104且在光学近接侦测器102的感测区域(也即，视野及范围)内不存在目标(例如，105)，则无由红外光源104发射的红外光应入射于光侦测器106上，且无信号应被提供至模拟前端，在该情况下，数字I信号及数字Q信号应具有零量值。然而，归因于电串扰及光学串扰，情况将并非如此。本发明的具体实例校正此串扰，如下所解释。

根据一具体实例，在串扰校准程序或模式期间判定串扰，在此期间使光侦测器106不对自光学近接侦测器102的外入射于光侦测器106上的光作出回应，且光源104由驱动器110以其将在操作模式期间相同的方式驱动。光侦测器106应不回应的光包括源自光源104及退出光学近接侦测器102两个光，以及源自另一光源的环境光。在一个具体实例中，开关Sw可用以将放大器122的输入与光侦测器106断开连接，且取而代之，将放大器122的输入连接至另外光侦测器(例如，虚设或校准光侦测器)，该另外光侦测器实质上与光侦测器106相同，但永久地覆盖有不透明材料或封于不透明材料内，使得永远不会有光入射于该另外光侦测器上。在此具体实例中，由ADC 146输出的数字I信号及数字Q信号包含指示由模拟前端108产生的电串扰的IQ向量，但不指示光学串扰。

在另一具体实例中，可通过用不透明材料临时覆盖光侦测器106使得无入射于光学近接侦测器102上的光将入射光侦测器106上来使光侦测器106不回应自光学近接侦测器102外入射于光侦测器106上的光。在再一具体实例中，可通过临时将光学近接侦测器置放于在光学近接侦测器102的感测区域内不包括目标(例如，105)的完全暗环境(例如，密封腔室或房间)中来使光侦测器106不回应自光学近接侦测器102104外入射于光侦测器106上的光。在此等后面两个具体实例中，由光侦测器106产生的信号将包括电及光学串扰两个。更具体言之，在此等两个后面具体实例中，由ADC 146输出的数字I信号及数字Q信号将包含指示由模拟前端108产生的电串扰的IQ向量，其也指示光学串扰。将指示此IQ向量的串扰误差数据储存于(例如)一或多个缓存器160中和/或内存162中(较佳地，非挥发性内存中)，用于由串扰校正器154在光学近接侦测器102的操作模式期间使用。更具体言之，在操作模式期间，可自由动态增益及相位偏移校正器153输出的经动态增益及相位偏移校正的IQ向量减去指示串扰的IQ向量以产生经动态相位及偏移校正且经串扰校正的IQ向量。

可将前述串扰误差数据储存于(例如)可由串扰校正器154存取的一或多个缓存器160中或内存162中。上述串扰校准程序可仅执行一次，例如，在工厂设定中，或不时地，例如，周期性地和/或响应于触发事件。

静态相位偏移校正

由串扰校正器154输出的IQ向量可被称作经动态相位及偏移校正且经串扰校正的IQ向量，或更简单地称作经校正的IQ向量。相位及量值计算器156取决于此经校正的IQ向量计算相位值及量值，例如，使用查找表或算法，但不限于此。量值可由增益调整控制器150用以调整由增益调整电路130提供的增益。可使用相位值计算光学近接侦测器102与目标105之间的距离，该距离也可被称作至目标105的距离。举例而言，也可被称作相位偏移(相对于由IR光源发射的光)的相位值可经转换至时间延迟(因为对于任一载波频率，在相位偏移与时间延迟之间存在对应关系)。可通过将时间延迟乘以熟知光速来将时间延迟转换至往返距离，如典型地在使用飞行时间(TOF)原理时所进行。可通过将往返距离除以二来将往返距离转化至单向距离，该单向距离为光学近接侦测器102与对象105之间的距离。更具体言之，光学近接侦测器102与对象105之间的距离(d)可使用以下等式来判定：d＝(c*t)/2，其中c为光速且t为时间延迟。最佳地，若目标105定位于距光学近接侦测器102已知距离(例如，6寸)处，则由相位及量值计算器156判定的相位应对应于目标105为距光学近接侦测器102的彼已知距离(例如，6寸)。然而，归因于与模拟前端108相关联的静态相位偏移，情况将并非如此。换言之，前端108内的模拟电路将实现由相位及量值计算器判定的相位的准确性是固有的。本发明的具体实例校正此静态相位偏移，如以下所解释。

根据一具体实例，在静态相位偏移校准程序或模式期间，将目标105置放于距光学近接侦测器102已知距离处，且将由相位及量值计算器156输出的输出与实际上对应于已知距离的相位比较。举例而言，若实际上对应于已知距离的相位为φ₁，但相位及量值计算器156判定当对象105处于彼已知距离处时相位为φ₂，则可使用φ_spo＝φ₂-φ₁来判定静态相位偏移φ_spo。静态相位偏移值误差数据可储存于(例如)可由静态相位偏移校正器158存取的一或多个缓存器160中或内存162中。在操作模式期间，静态相位偏移校正器158校正光学近接侦测器102的静态相位偏移，其也可被称作距离偏移校准。更具体言之，在操作模式期间，静态相位偏移校正器158自由相位及量值计算器156输出的相位值减去静态相位偏移(在静态相位偏移校准程序期间所判定)。

根据某些具体实例，在步骤与操作模式相关联之前执行与各种校准模式或程序相关联的步骤。举例而言，可每当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与各种校准模式相关联的步骤，或每N次待执行与操作模式相关联的步骤仅执行与各种校准模式相关联的步骤一次，或当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与各种校准模式相关联的步骤，且其为自从执行校准模式的最后时间的最小指定时间量。在特定具体实例中，将与串扰校准模式及静态偏移校准模式相关联的步骤执行一次(例如，在工厂中)，且每当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与动态增益及相位偏移校准模式相关联的步骤，或每N次待执行与操作模式相关联的步骤仅执行与动态增益及相位偏移校准模式相关联的步骤一次，或当待执行与操作模式相关联的步骤时执行与动态增益及相位偏移校准模式相关联的步骤，且其为自从执行校准模式的最后时间的最小指定时间量。此等仅为少数实例，其并不意欲涵盖全部。

方法

图2A、图2B、图2C及图2D的高阶流程图现将用以描述供光学近接侦测器(诸如，参看图1描述的光学近接侦测器102)使用的方法。参看图2A描述的步骤意欲在光学近接侦测器的操作模式期间执行。参看图2B描述的步骤意欲在动态增益及相位偏移校准模式或光学近接侦测器的程序期间执行。参看图2C描述的步骤意欲在串扰校准模式或程序期间执行。参看图2D描述的步骤意欲在静态相位偏移校准程序期间执行。

如自以下论述将了解，且如上所提到，应在参看图2A描述的操作程序或模式的第一实例前执行参看图2B、图2C及图2D描述的校准程序的至少一实例，使得该光学近接侦测器可判定(在校准程序期间)在操作模式期间使用的恰当值、向量、转移函数和/或类似者。

参看图2A，产生具有一载波频率的驱动信号，如在步骤202中所指示。可(例如)由以上参看图1描述的驱动器110执行步骤202。如在步骤204处所指示，通过驱动信号驱动光源(例如，图1中的106)以借此使光源发射具有载波频率的光。在步骤206，产生模拟光侦测信号，其指示由光源发射的光的反射离开对象且入射于光侦测器(例如，图1中的106)上的一部分的量值及相位。在步骤208，使用模拟放大电路(例如，图1中的132)放大模拟光侦测信号，以借此产生经振幅调整的模拟光侦测信号。在步骤210，执行IQ解调变以将经振幅调整的模拟光侦测信号分成模拟同相信号及模拟正交相位信号。可(例如)由以上参看图1描述的IQ解调器140执行步骤210。在步骤212，将模拟同相及正交相位信号转换成数字同相及正交相位信号。可(例如)由以上参看图1描述的ADC 146i、146q执行步骤212。更一般而言，步骤202至212可由诸如(但不限于)以上参看图1描述的模拟前端108的模拟前端执行。

如以上在图1的论述中所解释，并非在模拟域中执行IQ解调变，而可替代地在数字域中由数字后端112执行IQ解调变。因此，更一般而言，在图2A中的步骤208与214之间，取决于经振幅调整的模拟光侦测信号，存在数字同相及正交相位信号的产生。

在步骤214，针对由模拟前端的一部分引起的增益及相位偏移的动态变化执行校正，以借此产生经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号。在步骤216，执行针对电串扰和/或光学串扰的校正以借此产生经串扰校正的数字同相及正交相位信号。在步骤218，取决于经串扰校正的数字同相及正交相位信号判定相位值及量值。在步骤220，执行针对与模拟前端相关联的静态相位偏移的校正以借此产生指示至对象的距离的相位值。步骤214至220可由诸如(但不限于)以上参看图1描述的数字后端112的数字后端执行。更具体言之，步骤214、216、218及220可分别由动态增益及相位偏移校正器153、串扰校正器154、相位及量值计算器156及静态相位偏移校正器158执行。

返回参照步骤214，模拟前端的增益及相位偏移的动态变化经校正的部分可包括用以执行在步骤208处放大的放大电路(例如，图1中的132)。如上所解释，增益及相位偏移的此等动态变化可归因于温度和/或与放大电路相关联的操作电压的动态变化。另外，模拟前端的增益及相位偏移的动态变化经在步骤214校正的部分可包括光源和/或光侦测器(例如，图1中的104和/或106)。

用以执行在步骤208处的放大的放大电路具有一转移函数，其包括对应于放大电路的标称响应的一标称部分及对应于放大电路的动态增益偏移及动态相位偏移的一动态部分。根据一具体实例，使用DSP和/或数字电路执行在步骤214处执行的对于增益及相位偏移的动态变化的校正，该DSP和/或数字电路应用实质上等于模拟放大电路的转移函数的动态部分的反转的转移函数。若前述转移函数(其包括标称部分及动态部分)也包括光源和/或光侦测器的响应，则在步骤214处使用的前述反转转移函数也可校正由光源和/或光侦测器引起的增益及相位偏移的动态变化。

根据一具体实例，步骤202至212由光学近接侦测器的模拟前端执行，且步骤214至220由光学近接侦测器的数字后端执行。如上所提到，参看图2A描述的步骤202至220是在光学近接侦测器的操作模式期间执行。图2B、图2C及图2D现将用以描述可在光学近接侦测器的各种校准模式期间执行的步骤。

图2B为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学近接侦测器的光学近接侦测器在动态增益及相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。参看图2B，在步骤222，产生具有与用于驱动光源的驱动信号相同的相位的校准参考信号。可执行步骤222，例如，使用以上参看图1所描述的校准参考信号产生器107。在步骤224，将校准参考信号提供至模拟前端，例如，使用图1中的开关Sw。在步骤226，判定对应于自模拟前端接收的数字同相及正交相位信号或其经滤波版本的IQ向量的实际量值及实际相位。在步骤228，判定IQ向量的实际量值与IQ向量的预期量值之间的差，以便判定零相增益偏移。在步骤230，判定IQ向量的实际相位与IQ向量的预期相位之间的差，以便判定零相相位偏移。在步骤232，基于零相增益偏移及零相相位偏移，判定用于在光学近接侦测器的操作模式期间在步骤214处校正增益及相位偏移的动态变化的转移函数。步骤232也可包括储存指示判定的转移函数的数据。可执行步骤224至232，例如，由图1中的动态增益及相位偏移校正器153或DSP或(更一般而言)处理器。此DSP或(更一般而言)处理器可或可不为用以实施图1中的动态增益及相位偏移校正器153的同一个。

图2C为用以描述用于由光学近接侦测器(诸如，图1中介绍的光学近接侦测器)在串扰校准模式期间用以判定用于在步骤216处(在操作模式期间)用以校正电和/或光学串扰的值或向量的方法。参看图2C，在步骤234，使光侦测器(例如，图1中的106)不回应自光学近接侦测器102外入射于光侦测器106上的光。如何执行步骤234的例示性细节如上所述，且因此，不需要重复。在步骤236及238处，分别地，产生具有载波频率的驱动信号(例如，由图1中的驱动器110)，且通过驱动信号驱动光源以借此使光源发射具有载波频率的光。在步骤240，产生指示电及光学串扰的模拟侦测信号。在步骤242，使用放大电路(例如，图1中的132)放大模拟侦测信号以借此产生经振幅调整的模拟侦测信号。在步骤244，执行IQ解调变以将经振幅调整的模拟侦测信号分成模拟同相信号及模拟正交相位信号。在步骤246，将模拟同相及正交相位信号转换成指示电及光学串扰的数字同相及正交相位信号。在步骤248，保存指示电及光学串扰的串扰误差数据(例如，在图1中的缓存器160或内存162中)，用于在操作模式期间使用。较佳地，将串扰误差数据保存于非挥发性内存中。

图2D为用以描述用于由诸如图1中介绍的光学近接侦测器的光学近接侦测器在静态相位偏移校准模式期间使用的方法的高阶流程图。参看图2D，当将对象置放于距光学近接侦测器(例如，102)一段已知距离处时，获得经动态相位及偏移校正且经串扰校正的IQ向量，如在步骤250处所指示。可通过基本上执行以上参看图2A描述的步骤202至216来执行此步骤，同时将对象置放于距光学近接侦测器一段已知距离处。在步骤252，取决于经动态相位及偏移校正且经串扰校正的IQ向量，计算相位值。可通过基本上执行以上参看图2A描述的步骤218来执行此步骤。在步骤254，判定在步骤252处计算的相位值与对应于置放对象距光学近接侦测器的已知距离的一相位值之间的差，以借此判定静态相位偏移。在步骤256，保存指示静态相位偏移的数据(例如，在缓存器或内存中)，用于在操作模式期间在步骤220处使用。

替代性具体实例

图3A及图3B现将用以描述根据另一具体实例的后端112的实施。参看图3A，将增益调整控制器150展示为接收数字同相信号，而非数字正交相位信号。将数字正交相位信号展示为由数字滤波器152滤波，且接着提供至比较器170。将比较器170的输出提供至相位累加器180。参看图3B展示及描述根据一具体实施的图3A的具体实例的额外细节。虽未在图3A及图3B中具体展示，但此等具体实例的后端112也可包括动态增益及相位偏移校正器153、串扰校正器154、相位及量值计算器156及静态相位偏移校正器158。

如以下将按额外细节来描述，在图3B中所展示描述的光学近接侦测器102包括两个回馈回路，包括：第一回馈回路，其用以将同相信号的量值设定至第一预定位准；第二回馈回路，其用以将正交相位信号的量值设定至第二预定位准。对于将自以下描述明显的原因，第一回馈回路也可被称作增益调整回馈回路，且第二回馈回路也可被称作相位调整回馈回路。

包括增益调整电路130、混频器142i、模拟LPF 144i、ADC 146i及增益调整控制器150的增益调整回馈回路用以将数字同相信号设定至预定所要的值。更具体言之，将数字同相信号(由ADC 146i输出)提供至增益调整控制器150，且增益调整控制器150调整一或多个VGA的增益以达成预定数字同相信号量值。在此具体实例中，因为相位调整回馈回路(以下所描述)正用以将正交相位信号的量值设定至零，所以可假定正交相位信号具有零量值，其实现增益调整回馈回路的简化。

包括驱动器110、光源104、光侦测器106、选用的固定增益放大器122(若存在)、增益调整电路130、混频器142q、模拟LPF 144q、ADC 146q、数字滤波器152q及比较器170的相位调整回馈回路用以将数字正交相位信号的量值设定至零，如上所提到，此对应于具有其中距值(例如，假定积分三角ADC 146q为10位积分三角ADC，则512的十进制值，其为二进制值1000000000)的积分三角ADC 146q的输出。现将描述相位调整回馈回路的操作。驱动电路110通过驱动信号驱动光源104，为了此描述的原因，假定驱动信号为如上所提到的5MHz方波信号。响应于由驱动信号驱动，光源104发射具有5MHz载波频率的红外光信号。红外光反射离开对象105，且经反射的红外光信号的一部分入射于光侦测器106上。由光侦测器106产生的光侦测信号具有振幅及相位两者。侦测信号的振幅由选用的放大器122且由增益调整电路130放大。如上所提到的IQ解调器140将经振幅调整的光侦测信号分成其同相及正交相位分量。

将数字正交相位信号提供至可实施为积分与倾倒电路的数字滤波器152q，在该情况下，其也可被称作抽选器、积分与倾倒抽选器或积分与倾倒滤波器。数字滤波器152q在一时间周期内对数字正交相位信号积分且接着输出(即，倾倒)结果，在该时点，其经重设且针对另一时间周期重复积分与倾倒功能，及诸如此类。为了此描述的原因，假定数字滤波器152q具有16kHz的频率，此意谓其每秒(且更具体言之，每0.0625毫秒)产生16,000次的输出。数字滤波器152的输出用以将数字正交相位信号的量值设定至零，如上所提到，此对应于具有其中距值的积分三角ADC 146q的输出。比较器170用以将数字滤波器152的输出与参考值比较，在此情况下，参考值为积分三角ADC 146q的中距值。当数字滤波器152的输出大于参考值时，比较器的输出为高(也即，二进制1)。当数字滤波器152的输出小于参考值时，比较器的输出为低(也即，二进制0)。当数字滤波器152的输出等于参考值时，比较器的输出将在高与低之间双态触发。将比较器170的输出提供至驱动电路110及相位累加器180两者。

根据一具体实例，在任何给定时间，由驱动电路110输出的驱动信号为同相驱动信号或偏移相位驱动信号。偏移相位驱动信号的相位可取决于使用时钟(Clk)信号及驱动时序信号(也被称作IrDr时序信号)可达成的相位分辨率，两个信号皆由时序产生器120产生。举例而言，若时钟信号为64MHz，且驱动时序信号为5MHz(在该情况下，发射的红外光的载波频率将为5MHz)，则相位分辨率将为大致30度。如此是因为5MHz载波频率对应于200ns周期，其又对应于360度。64MHz时钟的时钟周期为15.6ns，其为(5MHz载波频率)200ns周期的7.8％，其又为28.08度(在360度当中)，可将其考虑为大致30度。

对于此实例，取决于实施方式，将假定偏移相位驱动信号领先于同相驱动信号30度，但偏移相位驱动信号可替代地滞后于同相驱动信号30度。使用时间平均，可合成其他有效驱动相位(在0度与30度之间)。举例而言，N个同相驱动脉冲与领先于同相脉冲30度的N个驱动脉冲的交替序列(其中N为大于或等于1的整数)产生15度的有效驱动相位。对于另一实例，N个同相驱动脉冲的两个序列，接着为领先于同相脉冲30度的N个驱动脉冲的一序列，导致10度的有效驱动相位。相位调整回馈回路调整驱动信号的有效相位(也即，有效驱动相位)以使正交相位信号具有零量值。此意谓LPF 144q及ADC 146q可经设计以在相对低振幅误差信号上操作，与若此等组件必须对具有较大振幅摆动的信号操作相比，其有利地放松了对此等组件之线性要求。

取决于由时序产生器120产生的驱动时序信号(也被称作IrDr时序信号)及比较器170的输出，驱动电路110产生驱动信号。根据图3B中展示的具体实例的驱动电路110包括一D正反器(DFF)192及一多任务器(MUX)194。将DFF 192的时钟输入展示为自时序产生器120接收时钟(Clk)信号，为了此描述的目的，假定该时钟信号为64MHz时钟信号。DFF 192的D输入接收驱动时序信号，为了此描述的目的，假定该驱动时序信号为由时序产生器120输出的5MHz方波信号。此驱动时序信号为同相驱动信号。在DFF 192的Q输出处输出的信号为偏移相位驱动信号，为了此描述的目的，假定该偏移相位驱动信号领先于同相驱动信号30度。同相驱动信号及偏移相位驱动信号皆经提供至MUX194。比较器170的输出用以在MUX 194的两个输入当中选择，也即，以选择其为由MUX 194输出的同相驱动信号或是偏移相位驱动信号且用作驱动信号来驱动光源104。

如上所提到，比较器170的输出也提供至相位累加器180。根据一具体实例，将相位累加器180实施为二进制递增递减计数器。将相位累加器180展示为在其时钟(Clk)输入接收8kHz时钟信号，且在其重设(Rst)输入接收10Hz信号。相位累加器180类似于积分与倾倒电路操作，其中在一时间周期内对比较器170的输出积分且接着将结果输出至缓存器182，在该时点，其经重设且针对另一时间周期重复此功能，及诸如此类。为了此描述的原因，假定相位累加器180具有10Hz的频率，此意谓其每秒(且更具体言之，每100msec)产生输出10Hz。储存于缓存器182中的相位累加器180的输出指示使正交相位信号具有零量值的相位偏移，其指示对象105与光学近接侦测器102之间的实际距离。举例而言，可将相位偏移转换至时间延迟(因为对于任何载波频率，在相位偏移与时间延迟之间存在对应的关系)。可通过将时间延迟乘以熟知光速来将时间延迟转换至往返距离。可通过将往返距离除以二来将往返距离转化至单向距离，该单向距离为光学近接侦测器102与对象105之间的距离。更具体言之，光学近接侦测器102与对象105之间的距离(d)可使用以下等式来判定：d＝(c*t)/2，其中c为光速且t为时间延迟。

根据一具体实例，当比较器的输出为高时，Q分量为正，且当比较器的输出为低时，Q分量量值为负。相位调整回馈回路(基于Q分量的正负号)抖动驱动信号的相位以使Q分量的量值最小化(理想地，将其驱动至零)，且因此始终将有效相位与参考相位对准。实施为二进制递增递减计数器的相位累加器180可使用执行相位步骤的实时(0°或30°)平均。对于10Hz数据速率，平均有800个样本。此计数与在参考值与通过抖动驱动信号相位而合成的有效相位之间的相移成正比。

相位的任何改变(归因于目标105的移动)将引起驱动信号的工作循环的改变，此是由于Q分量始终由相位调整回馈回路驱动至零。二进制递增递减计数器的改变与相位的改变成线性比例。理论相位分辨率为30/1600，也即，对于10Hz取样率为～0.02°/计数。相位量化噪声(假定均匀分布)较高30/√800，也即，对于10Hz取样率为～1°(与相位分辨率相比)。可通过减小相位量化步长来减少量化噪声。存在减小相位量化步长的许多实际方式。举例而言，最简单的为增大时钟速率或使用半同步逻辑，也即，在数字逻辑中的时钟的两个边缘。

图4说明该驱动器110产生的驱动信号的一例示性重复率及一例示性脉冲宽度。

系统

本发明具体实例的光学近接侦测器可用于各种系统中，包括(但不限于)蜂巢式电话及手持型装置。举例而言，参照图5的系统500，光学近接侦测器102可用以控制子系统506(例如，触摸屏、显示器、背光、虚拟滚轮、虚拟小键盘、导览键、摄影机、另一传感器、中央处理单元(CPU)、机械致动器等)经启用或是停用。举例而言，光学近接侦测器可侦测诸如人的手指的对象正接近的时间，且基于该侦测，启用(或停用)子系统506。更具体言之，近接侦测器102的输出可提供至比较器或处理器504，其可(例如)将近接侦测器的输出与一临限值比较，以判定对象是否处在应启用(或停用，取决于所需要为何)子系统506的范围内。可使用多个临限值(例如，储存的数字值)，且一个以上可能响应可基于对象的侦测的近接而出现。举例而言，若对象处在第一近接范围内，则第一响应可出现，且若对象处在第二近接范围内，则第二响应可出现。例示性响应可包括开始各种系统和/或子系统操作。

虽然将光源104及光侦测器106展示为在光学近接侦测器外部，但取决于实施方式，光源104及光侦测器106中的一或两者可考虑为光学近接侦测器102的部分，且更具体言之，光学近接侦测器的模拟前端的部分。

虽然以上已描述本发明的各种具体实例，但应理解，其已通过实例且非限制性来呈现。熟习相关技术者将显而易见，在不背离本发明的精神及范畴的情况下，可在其中进行形式及细节的各种改变。

本发明的宽度及范畴不应由上述例示性具体实例中的任一个限制，而应仅根据以下申请专利范围及其等效物进行界定。

Claims (23)

1.一种光学近接侦测器，其包含：

一驱动器，其产生具有一载波频率的用于驱动一光源的一驱动信号，以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

一光侦测器，其产生一光侦测信号，用以指示由该光源发射的该光中反射离开一对象且入射于该光侦测器上的一部分的一量值及一相位；

一模拟前端，其包括：

放大电路，其接收该光侦测信号且输出一经振幅调整的光侦测信号；

一或多个模拟/数字转换器(ADC)，其用以：

接收该经振幅调整的光侦测信号，或自该经振幅调整的光侦测信号产生的同相及正交相位信号，且

输出一数字光侦测信号或数字同相及正交相位信号；及

一数字后端，其包括一动态增益及相位偏移校正器，该动态增益及相位偏移校正器在该光学近接侦测器的一操作模式期间用以：

自该模拟前端接收该数字光侦测信号且自该数字光侦测信号产生数字同相及正交相位信号，或自该模拟前端接收该数字同相及正交相位信号，

校正由该模拟前端的一部分引起的增益及相位偏移的动态变化，及

输出经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号。

2.如权利要求1所述的光学近接侦测器，其进一步包含：

一校准参考信号产生器，其产生一校准参考信号，该校准参考信号具有与由该驱动器产生的该驱动信号相同的一相位且具有在该模拟前端的一动态范围内的一量值；

其中在该光学近接侦测器的一校准模式期间：

将由该校准参考信号产生器产生的该校准参考信号提供至该模拟前端；且

该数字后端用以：

判定对应于该数字同相及正交相位信号的一IQ向量的一实际量值及一实际相位；

判定该IQ向量的该实际量值与该IQ向量的一预期量值之间的一差，以便判定一零相增益偏移；

判定该IQ向量的该实际相位与该IQ向量的一预期相位之间的一差，以便判定一零相相位偏移；及

基于该零相增益偏移及该零相相位偏移，判定用于由该动态增益及相位偏移校正器在该光学近接侦测器的该操作模式期间使用的一转移函数。

3.如权利要求1所述的光学近接侦测器，其中：

该模拟前端的该部分包括该放大电路，针对该部分，该动态增益及相位偏移校正器是校正增益及相位偏移的动态变化；

该模拟前端的该放大电路包括一固定增益放大器，及位在该固定增益放大器下游的一或多个可变增益放大器；且

由该放大电路引起的增益及相位偏移的该动态变化是归因于与该放大电路相关联的温度或操作电压中至少一个的动态变化。

4.如权利要求3所述的光学近接侦测器，其中该动态增益及相位偏移校正器也校正该光源或该光侦测器中至少一个的增益及相位偏移的动态变化。

5.如权利要求1所述的光学近接侦测器，其中：

该模拟前端的该部分具有一转移函数，针对该部分，该动态增益及相位偏移校正器是校正增益及相位偏移的动态变化，该转移函数包括对应于该模拟前端的该部分的一标称回应的一标称部分及对应于该模拟前端的该部分的一动态增益偏移及一动态相位偏移的一动态部分；且

该动态增益及相位偏移校正器具有实质上等于该模拟前端的该部分的该转移函数中该动态部分的一反转的一转移函数。

6.如权利要求1所述的光学近接侦测器，其中该数字后端也包括：

一串扰校正器，其用以：

自该动态增益及相位偏移校正器接收该经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号，

校正电串扰及光学串扰中的至少一个，及

输出经串扰校正的数字同相及正交相位信号。

7.如权利要求6所述的光学近接侦测器，其中该数字后端也包括：

一相位及量值计算器，其取决于该经串扰校正的数字同相及正交相位信号以判定一相位值及一量值。

8.如权利要求7所述光学近接侦测器，其中该数字后端也包括：

一静态相位偏移校正器，其用以：

接收由该相位及量值计算器判定的该相位值，

校正与该模拟前端相关联的一静态相位偏移，及

输出用以指示该光学近接侦测器与一对象之间的一距离的一经校正的相位值，由该驱动器驱动的一光源发射的光反射离开该对象且入射于该光侦测器上。

9.如权利要求8所述的光学近接侦测器，其中该静态相位偏移校正器也校正与该光源或该光侦测器中至少一个相关联的一静态偏移。

10.如权利要求1所述的光学近接侦测器，其中该数字后端也包括一增益调整控制器，其产生一增益调整信号，以调整该模拟前端的该放大电路中的一或多个可变增益放大器的一增益。

11.一种用于由包括一模拟前端及一数字后端的一光学近接侦测器使用的方法，该方法包含：

(a)产生具有一载波频率的一驱动信号；

(b)通过该驱动信号驱动一光源，以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

(c)产生一模拟光侦测信号，用以指示由该光源发射的该光中反射离开一对象且入射于一光侦测器上的一部分的一量值及一相位；

(d)使用该模拟前端的放大电路放大该模拟光侦测信号，以借此产生一经振幅调整的模拟光侦测信号；

(e)取决于该经振幅调整的模拟光侦测信号以产生数字同相及正交相位信号；及

(f)校正由该模拟前端的一部分引起的增益及相位偏移的动态变化，以借此产生经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中步骤(a)至(f)是在该光学近接侦测器的一操作模式期间执行，且在该光学近接侦测器的一校准模式期间进一步包含：

产生具有与用于驱动该光源的该驱动信号相同的一相位的一校准参考信号；

将该校准参考信号提供至该模拟前端；

判定对应于自该模拟前端接收的数字同相及正交相位信号或其经滤波版本的一IQ向量的一实际量值及一实际相位；

判定在该IQ向量的该实际量值与该IQ向量的一预期量值之间的一差，以便判定一零相增益偏移；

判定在该IQ向量的该实际相位与该IQ向量的一预期相位之间的一差，以便判定一零相相位偏移；及

基于该零相增益偏移及该零相相位偏移，以判定用于在该光学近接侦测器的该操作模式期间校正增益及相位偏移的动态变化的一转移函数。

13.如权利要求11所述的方法，其中步骤(a)至(f)是在该光学近接侦测器的一操作模式期间执行，且在该光学近接侦测器的一校准模式期间进一步包含：

使该光侦测器不回应自该光学近接侦测器外部入射于该光侦测器上的光；

产生具有该载波频率的该驱动信号；

通过该驱动信号驱动该光源以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

产生用以指示电及光学串扰的一模拟侦测信号；

使用该模拟前端的该放大电路放大该模拟侦测信号，以借此产生一经振幅调整的模拟侦测信号；

取决于该经振幅调整的模拟侦测信号以产生数字同相及正交相位信号；及

储存用以指示电及光学串扰的串扰误差数据，而用于在该操作模式期间使用。

14.如权利要求11所述的方法，其中：

该模拟前端的该部分包括用以执行在步骤(d)处的该放大的放大电路，针对该部分是在步骤(f)处校正增益及相位偏移的动态变化；且

由该放大电路引起的增益及相位偏移的该动态变化是归因于与该放大电路相关联的温度或操作电压中至少一个的动态变化。

15.如权利要求14所述的方法，其中该模拟前端的该部分也包括该光源或该光侦测器中的至少一个，针对该部分是在步骤(f)处校正增益及相位偏移的动态变化。

16.如权利要求14所述的方法，其中：

用以执行在步骤(d)处的该放大的该放大电路具有一转移函数，其包括对应于该放大电路的一标称响应的一标称部分及对应于该放大电路的一动态增益偏移及一动态相位偏移的一动态部分；且

在步骤(f)处，使用具有实质上等于该放大电路的该转移函数的该动态部分的一反转的一转移函数的数字电路，来执行对于增益及相位偏移的动态变化的该校正。

17.如权利要求11所述的方法，其进一步包含：

(g)校正电串扰及光学串扰中的至少一个，以借此产生经串扰校正的数字同相及正交相位信号。

18.如权利要求17所述的方法，其进一步包含：

(h)取决于该经串扰校正的数字同相及正交相位信号，以判定一相位值及一量值。

19.如权利要求18所述的方法，其进一步包含：

(i)校正与该模拟前端相关联的一静态相位偏移，以借此产生用以指示至该对象的一距离的一相位值。

20.如权利要求18所述的方法，其中步骤(a)至(d)由该光学近接侦测器的该模拟前端执行，步骤(f)至(i)由该光学近接侦测器的该数字后端执行，且步骤(e)由该光学近接侦测器的该模拟前端或该数字后端执行。

21.一种系统，其包含：

一驱动器，其产生具有一载波频率的用于驱动一光源的一驱动信号，以借此使该光源发射具有该载波频率的光；

一光侦测器，其产生一光侦测信号，以指示由该光源发射的该光中反射离开一对象且入射于该光侦测器上的一部分的一量值及一相位；

一模拟前端，其接收该光侦测信号且输出一数字光侦测信号，或自该数字光侦测信号产生的数字同相信号及正交相位信号；及

一数字后端，其自该模拟前端接收该数字光侦测信号且自该数字光侦测信号产生数字同相及正交相位信号，或自该模拟前端接收该数字同相及正交相位信号，

该数字后端包括：

一动态增益及相位偏移校正器，其接收彼数字同相及正交相位信号，且输出经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号；

一串扰校正器，其接收该经动态增益及相位偏移校正的数字同相及正交相位信号，且输出经串扰校正的数字同相及正交相位信号；及

一相位及量值计算器，其取决于该经串扰校正的数字同相及正交相位信号来判定一相位值及一量值；及

一静态相位偏移校正器，其接收由该相位及量值计算器判定的该相位值，校正与该模拟前端相关联的一静态相位偏移，且输出用以指示在该光学近接侦测器与一对象之间的一距离的一经校正的相位值，由该驱动器驱动的该光源发射的光是反射离开该对象且入射该光侦测器上。

22.如权利要求21所述的系统，其进一步包含：

一子系统，其能够经启用及停用；及

一比较器或处理器，其自该数字后端的该静态相位偏移校正器接收经校正的相位值，且取决于该经校正的相位值而选择性地启用或停用该子系统。

23.如权利要求22所述的系统，其中该子系统是选自由以下各个组成的群组：

一触摸屏，

一显示器，

一背光，

一虚拟滚轮，

一虚拟小键盘，

一导览键，

一摄影机，

一传感器，

一中央处理单元(CPU)，或

一机械致动器。