CN104897280B - 一种紫外光传感电路及感应系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种紫外光传感电路及感应系统。紫外光传感电路包括调制单元和相位延迟单元；调制单元包括第一级反相器，用于感应紫外光并作为电压反馈调制级；相位延迟单元包括顺次连接的N级反相器，N为大于等于2的偶数；调制单元和相位延迟单元顺序连接，相位延迟单元的输出电压馈送至调制单元；调制单元受控制信号调制，控制信号为脉冲信号。本申请可用于紫外光信息通信，本申请中的紫外光传感电路能够感应紫外光信号，输出幅度调制波信号。
Description
技术领域
本申请涉及紫外光探测领域，具体涉及一种紫外光传感电路及感应系统。
背景技术
利用高能量的紫外光设计的探测器或传感器，与传统的红外或可见光探测器和传感器相比，具有抗干扰性强，误触发、误报警概率低等优势。因此紫外光探测和传感技术被广泛应用到火焰和热传感、导弹尾焰探测、山林火灾预警、瓦斯爆炸预警等领域。以瓦斯爆炸预警为例，在瓦斯爆炸之前有不同频谱的高能量射线释放，其中包括紫外线，这些射线中蕴含着丰富的信息。通过对紫外线等高能量射线的探测，可以提前报告灾难的发生，从而减少生命财产损失。由于紫外光能量高，必须采用禁带宽度较大的半导体器件进行探测。常用于紫外光探测的宽禁带半导体材料包括砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）等，但是这些宽禁带半导体材料加工成半导体器件时加工工艺复杂，加工温度高，不适于大面积加工。
近年来，国际上开始出现氧化物TFT集成的紫外光探测器。得益于平板显示技术的迅速发展，铟镓锌(IGZO)TFT最近成为研究热点，其可能取代硅基TFT，成为下一代主流的TFT。值得关注的是，IGZO等氧化物在紫外光作用下，氧化物TFT的电学特性可能发生显著的改变，例如，阈值电压减小，关态电流呈数量级地增加等。因此，可能利用氧化物TFT的光-电特性设计紫外光探测器。此外，氧化物TFT还具有如下的一些优点，例如：加工工艺相对简单，加工温度低，适合于大面积生产。氧化物TFT的紫外探测功能甚至可能被集成于氧化物TFT的显示面板中，构成系统集成的显示面板(System on Panel,SoP)，于是显示面板除显示图像之外，还有可能读出外界环境的紫外光强度，甚至读出外界发出紫外光物体的轮廓，对强日光或者强红外背景干扰情况下的发光或者爆炸进行预警。
但是，迄今为止尚未出现成熟的基于氧化物TFT的紫外光传感电路方案，尤其是山林火灾或者瓦斯爆炸预警等应用场合，紫外光信号的检测及检测信号的传输还是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够感应紫外光并输出幅度调制波的紫外光传感电路及感应系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
根据本申请的第一方面，提供一种紫外光传感电路，包括调制单元和相位延迟单元；
调制单元包括第一级反相器，用于感应紫外光并作为电压反馈调制级；
相位延迟单元包括顺次连接的N级反相器，N为大于等于2的偶数；
调制单元和相位延迟单元顺序连接，相位延迟单元的输出电压馈送至调制单元；调制单元受控制信号调制，控制信号为脉冲信号。
作为一种优选的实施方式，紫外光传感电路还包括输出缓冲单元，输出缓冲单元包括第N+2级反相器，输出缓冲单元提高紫外光传感电路对输出端负载的驱动能力。
在一种实施方式中，第一级反相器包括上拉模块和下拉模块；
上拉模块包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的控制极和第一电极耦合至控制信号；第二晶体管的控制极耦合至第一晶体管的第二电极，第二晶体管的第一电极耦合至控制信号；
下拉模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第三晶体管的控制极耦合到第二电极，第一电极耦合至第一晶体管的第二电极；第四晶体管的控制极耦合到第二电极，第一电极耦合至第二晶体管的第二电极；第五晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第一电极耦合至第三晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；第六晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第一电极耦合至第四晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；
第三晶体管和第四晶体管为紫外光敏感晶体管。
作为一种实施方式，N级反相器中每一级反相器的电路结构相同，包括第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管；
第七晶体管的控制极和第一电极耦合至控制信号；第八晶体管的控制极耦合至第七晶体管的第二电极，第八晶体管的第一电极耦合至控制信号；第九晶体管的控制极耦合至第二晶体管的第二电极，第一电极耦合至第七晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；第十晶体管的控制极耦合至第九晶体管的控制极，第一电极耦合至第八晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源。
作为一种实施方式，第九晶体管和第十晶体管为紫外光敏感晶体管。
在一种实施方式中，第一级反相器包括上拉模块和下拉模块；
上拉模块包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的控制极和第一电极耦合至控制信号；第二晶体管的控制极耦合至第一晶体管的第二电极，第二晶体管的第一电极耦合至控制信号；
下拉模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第三晶体管的控制极耦合至第一控制信号，第一电极耦合至第一晶体管的第二电极；第四晶体管的控制极耦合至第一控制信号，第一电极耦合至第二晶体管的第二电极；第五晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第一电极耦合至第三晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；第六晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第一电极耦合至第四晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；
第三晶体管和第四晶体管为紫外光敏感晶体管。
在一种实施方式中，第一级反相器包括上拉模块和下拉模块；
上拉模块包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的控制极和第一电极耦合至高电平信号；第二晶体管的控制极耦合至第一晶体管的第二电极，第二晶体管的第一电极耦合至高电平信号；
下拉模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管和第十五晶体管，第三晶体管的控制极耦合至控制信号，第一电极耦合至第一晶体管的第二电极；第四晶体管的控制极耦合至控制信号，第一电极耦合至第二晶体管的第二电极；第五晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第一电极耦合至第三晶体管的第二电极；第六晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第一电极耦合至第四晶体管的第二电极；第十五晶体管的第一电极分别耦合至第五晶体管的第二电极和第六晶体管的第二电极，第十五晶体管的控制极和第二电极耦合至低电平电压源，第十五晶体管为紫外光敏感晶体管。
在一种实施方式中，第N+2级反相器包括第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管和第十四晶体管；
第十一晶体管的控制极和第一电极耦合至控制信号；第十二晶体管的控制极耦合至第十一晶体管的第二电极，第十二晶体管的第一电极耦合至控制信号，第十二晶体管的第二电极耦合至输出端；第十三晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第十三晶体管的第一电极耦合至第十一晶体管的第二电极，第十三晶体管的第二电极耦合至低电平电压源；第十四晶体管的控制极耦合至N级反相器的输出端，第十四晶体管的第一电极耦合至第十二晶体管的第二电极，第十三晶体管的第二电极耦合至低电平电压源。
作为一种实施方式，紫外光敏感晶体管为锌基氧化物薄膜晶体管。
根据本申请的第二方面，提供一种紫外光感应系统，包括紫外光信号发射器、紫外光信号接收器和本申请第一方面提供的紫外光传感电路；
紫外光传感电路的输出端耦合至紫外光信号发射器，紫外光信号发射器用于发射紫外光传感电路输送的信号，紫外光信号接收器用于接收紫外光信号发射器传送的信号，并根据接收到的信号判断紫外光传感电路是否存在紫外光照射。
作为一种实施方式，紫外光信号发射器为超声波换能器，用于在紫外光传感电路的输出电压信号的激励下产生超声波信号并发射该超声波信号；紫外光信号接收器接收超声波信号，将超声波信号还原成电信号，并根据该电信号判断紫外光传感电路是否存在紫外光照射。
由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
在本申请的一种实施方式中，紫外光传感电路中的调制单元包括第一级反相器，第一级反相器包括紫外光敏感晶体管，能够感应紫外光信号；相位延迟单元包括顺次连接的N级反相器，相位延迟单元的输出电压反馈至调制单元，调制单元中的第一级反相器受控制信号调制，紫外光传感电路能输出幅度调制波信号，方便了信号的长距离无线传输。
附图说明
图1为氧化物TFT在紫外光和无紫外光照射情况下的I-V响应曲线；
图2为本申请实施例一中的紫外光传感电路的电路图；
图3为本申请实施例二中的紫外光传感电路的电路图；
图4为本申请实施例二中的紫外光传感电路的工作波形图；
图5为本申请实施例二中的紫外光传感电路在不同光照条件下输出的波形示意图；
图6为本申请实施例三中的紫外光传感电路的电路图；
图7为本申请实施例四中的紫外光传感电路的电路图；
图8为本申请实施例五中的紫外光传感电路的电路图；
图9为本申请实施例五中的紫外光传感电路的工作波形图；
图10为本申请实施例六中的紫外光感应系统的示意图。
具体实施方式
本申请的思路是：暴露于高能量紫外光下的紫外光敏感晶体管有源区中会诱生出大量的载流子，于是紫外光敏感晶体管的阈值电压减小，关态漏电流呈数量级增加，换言之，紫外光可以调制紫外光敏感晶体管的等效导通电阻，于是可以利用这种电阻可调的特点设计传感电路。
首先对本申请中用到的一些术语进行说明。根据结构的不同，晶体管可能是场效应管（FET，Field Effect Transistor）或者双极型晶体管（BJT，Bipolar JunctionTransistor）。当晶体管为FET时，控制极指栅极，第一电极指漏极，第二电极指源极；当晶体管为BJT时，控制极指基极，第一电极指集电极，第二电极指发射极。本申请中的紫外光敏感晶体管以锌基(Zn)氧化物薄膜晶体管为例进行说明。需要说明的是，为了描述方便，本申请实施例中取N=2，即紫外光传感电路由4个反相器级联而成，但本申请的紫外光传感电路并不局限于4级反相器级联，实际使用时，除用作输出缓冲级的反相器外，首尾级联的反相器数量是大于等于3的奇数，就可以满足振荡电路的相位条件。
请参考图1，图1是氧化物TFT在紫外光和非紫外光照射情况下的I-V响应曲线。从图中可以看出，在没有紫外光照射时，氧化物TFT的阈值电压的值较大；在有紫外光照射时，氧化物TFT的阈值电压减小，亚阈区域向负栅极电压方向移动。以VGS为0为例，在没有紫外光照射时，IDS的值约为1pA；当存在紫外光照射时，IDS的值增加到约1nA。在紫外光的作用下，亚阈电路发生了近三个数量级的变化，即氧化物TFT的导通电阻受紫外光的调制发生了三个数量级，本申请就是利用TFT导通电阻受紫外光调制的特点进行电路设计的。
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例中的紫外光传感电路包括调制单元和相位延迟单元，调制单元和相位延迟单元顺序连接，相位延迟单元的输出电压馈送至调制单元，调制单元和相位延迟单元构成环形振荡器。
请参考图2，在本实施例中，调制单元包括第一级反相器11，用于感应紫外光并作为电压反馈调制级。相位延迟单元包括顺次连接的N级反相器，N级反相器包括第二级反相器至第N+1级反相器，N为大于等于2的偶数。本实施例中，N=2，相位延迟单元包括第二级反相器21和第三级反相器22，第一级反相器11、第二级反相器21和第三级反相器22顺次连接，第三级反相器22的输出电压馈送至第一级反相器21。
调制单元的第一级反相器11受控制信号VCTR调制，控制信号VCTR为高低电平相间的脉冲信号。
第一级反相器11包括上拉模块和下拉模块；上拉模块包括第一晶体管T1和第二晶体管T2，第一晶体管T1的控制极和第一电极耦合至控制信号VCTR；第二晶体管T2的控制极耦合至第一晶体管T1的第二电极，第二晶体管T2的第一电极耦合至控制信号VCTR；下拉模块包括第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5和第六晶体管T6，第三晶体管T3的控制极耦合到第二电极，第一电极耦合至第一晶体管T1的第二电极；第四晶体管T4的控制极耦合到第二电极，第一电极耦合至第二晶体管T2的第二电极；第三晶体管T3和第四晶体管T4为紫外光敏感晶体管。第五晶体管T5的控制极耦合至第三级反相器22的输出端VOUT，第一电极耦合至第三晶体管T3的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源VL；第六晶体管T6的控制极耦合至第三级反相器22的输出端VOUT，第一电极耦合至第四晶体管T4的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源VL；第五晶体管T5和第六晶体管T6接收第三级反相器22的反馈信号，将上拉模块的输出端口下拉到低电平电压。
第一晶体管T1和第二晶体管T2构成达林顿结构，在上拉模块输出高电平时，第二晶体管T2可以通过自举作用将输出上拉到满幅值高电位。下拉模块分为两路，第一下拉支路由第三晶体管T3和第五晶体管T5组成，第二下拉支路由第四晶体管T4和第六晶体管T6组成，第一下拉支路的作用是将达林顿结构的内部节点下拉到低电平电压，使反相器的输出电压更低，第二下拉支路的作用是下拉输出节点。
第二级反相器21和第三级反相器22的电路结构相同，这里以第二级反相器21为例介绍其电路结构，包括第七晶体管T17、第八晶体管T18、第九晶体管T19和第十晶体管T10；其中，上拉部分包括第七晶体管T17和第八晶体管T18，下拉部分包括第九晶体管T19和第十晶体管T10。第七晶体管T17的控制极和第一电极耦合至控制信号VCTR；第八晶体管T18的控制极耦合至第七晶体管T17的第二电极，第八晶体管T18的第一电极耦合至控制信号VCTR；第九晶体管T19的控制极耦合至第二晶体管T2的第二电极，第一电极耦合至第七晶体管T17的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源VL；第十晶体管T10的控制极耦合至第九晶体管T19的控制极，第一电极耦合至第八晶体管T18的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源VL。
第三级反相器22中第九晶体管T29和第十晶体管T20的控制极分别耦合至第二级反相器21中第八晶体管T18的第二电极；第三级反相器22中第八晶体管T28的第二电极耦合至输出端VOUT，输出端VOUT作为第三级反相器22和紫外光传感电路的信号输出端。
本实施例中的紫外光传感电路，调制单元中的第一级反相器包含对紫外光敏感的第三晶体管和第四晶体管，电路能够感应紫外光，相位延迟单元中的第三级反相器输出电压反馈至第一级反相器，使得第一级反相器、第二级反相器和第三级反相器构成环形振荡器电路。当紫外光敏感晶体管存在紫外光照射时，环形振荡器能够产生振荡波，环形振荡器中的第一级反相器受控制信号调制，紫外光传感电路能输出幅度调制波信号，增加了信号的无线传输距离，方便了信号后续传输到接收器。
实施例二：
实施例一中的紫外光传感电路“负载效应”比较严重：当负载电容大于某临界值时，电路的输出端口电位被负载电容钳位在一固定电位，于是电路的响应速度被拉低，环形振荡器的输出频率降低甚至停止振荡。为了减少这种负载效应，本实施例与实施例一的不同之处在于增加了输出缓冲单元，输出缓冲单元的输入端耦合至相位延迟单元的输出端，输出缓冲单元包括第N+2级反相器，输出缓冲单元用作驱动负载的输出缓冲级。请参考图3，在本实施例中，输出缓冲单元包括第四级反相器31。紫外光传感电路由四级反相器级联而成，包括第一级反相器11、第二级反相器21、第三级反相器22和第四级反相器31。其中第一级反相器11是电压反馈调制级，第三级反相器22的输出反馈到第一级反相器11，第一级反相器11、第二级反相器21和第三级反相器22构成环形振荡器；第四级反相器31作为输出缓冲级，给负载提供足够的驱动能力。
这里只补充说明第四级反相器31的构成及连接关系，其余与实施例一相同的部分，此处就不再赘述。第四级反相器31包括第十一晶体管T11、第十二晶体管T12、第十三晶体管T13和第十四晶体管T14；
第十一晶体管T11的控制极和第一电极耦合至控制信号VCTR；第十二晶体管T12的控制极耦合至第十一晶体管T11的第二电极，第十二晶体管T12的第一电极耦合至控制信号VCTR，第十二晶体管T12的第二电极耦合至输出端VOUT；第十三晶体管T13的控制极耦合至第三级反相器22的输出端，第十三晶体管T13的第一电极耦合至第十一晶体管T11的第二电极，第十三晶体管T13的第二电极耦合至低电平电压源VL；第十四晶体管T14的控制极耦合至第十三晶体管T13的控制极，第十四晶体管T14的第一电极耦合至第十二晶体管T12的第二电极，第十三晶体管T13的第二电极耦合至低电平电压源VL。
下面根据紫外光存在与否，对本实施例中的紫外光传感电路的工作原理分别进行介绍：
(1)存在紫外光照射时
在紫外光作用下，第三晶体管T3和第四晶体管T4内部的光生载流子数量激增，于是第三晶体管T3和第四晶体管T4的导通能力提高。电路中首尾级联的第一级反相器11、第二级反相器21和第三级反相器22构成了环形振荡器，当控制信号VCK为高电平时，由于奇数级反相器的反馈作用，第三级反相器22的输出端会产生正弦波，经第四级反相器31后输出至输出端VOUT。该正弦波的频率由这三级反相器的传输延迟时间决定，假定三级反相器的延迟时间分别为td1,td2,td3,则输出信号的频率可以近似表示为
td1,td2,td3的取值与晶体管的迁移率μ、沟道长度L、驱动电压VH等参量有关，可表示如下(式中n=1,2,3)：
当控制信号VCTR为低电平时，电路中没有了高电平电压，于是输出端将被下拉到低电平电压VL。在该电路中，控制信号VCTR为高低电平相间的控制信号，紫外传感电路的输出为受到控制信号VCTR调制的脉冲波形。
(2)不存在紫外光照射时
在不存在紫外光照射时，第一级反相器11的下拉模块相当于断开，第三级反相器22的输出无法通过反馈回路起作用，维持环形振荡器的振荡。当控制信号VCTR为高电平时，第一级反相器11和第三级反相器22的输出将保持为高电平，响应的第二级反相器21和第四级反相器31的输出保持为低电平。
当控制信号VCTR为低电平时，电路中各级反相器的输出都为低电平。因此，无论调制控制信号VCTR为高电平或者低电平，在没有紫外光照射的情况下，紫外传感电路的输出都为低电平电压。
从以上原理的分析可知，本申请中的紫外光传感电路并不局限于4级反相器的级联。除输出缓冲级的反相器之外，首尾级联的反相器数量只要是大于等于3的奇数，都可能形成正常的环形振荡器结构。由公式(1)可知，在反相器级数更多的情况下，延迟时间更大，输出振荡的频率更低。因此，实际的级数确定要根据TFT的工艺和应用的需求来确定。
图4为当存在紫外光时本实施例中的具有载波调制功能的紫外光传感电路工作波形图。从输出的波形来看，在控制信号VCTR的高电平期间，电路满足起振条件；而控制信号VCTR的低电平期间，输出为低电平电压。在这里，调制控制信号VCTR的频率是50kHz,而输出信号的振荡频率约为600kHz。从图中可以看出，本实施例中的紫外光传感电路在存在紫外光情况下能够正确地产生具有载波调制功能的输出信号。
图5为本实施例中的电路在存在紫外光时和不存在紫外光时输出波形的对比图。图5上图中，当存在紫外光时，电路输出为具有载波调制的脉冲电压。图5下图中，当不存在紫外光时，在控制信号VCTR的上升沿，输出波形会受到扰动而升高，但是无法形成规则的振荡波形，所以输出几乎保持为低电平。从图5可以看出，本实施例中的紫外光传感电路能够感应紫外光，而且输出波形在两种情况下具有显著的差异。
本实施例的紫外光传感电路中引入第四级反相器用作输出缓冲级，减少了外加负载对于振荡频率的影响，即使在外接负载变换情况较大的情况下，紫外光传感电路的输出仍然是输出频率较为稳定的正弦波。
实施例三：
请参考图6，本实施例与实施例二的不同之处在于，第一级反相器41中的第三晶体管T3和第四晶体管T4的控制极连接至第一控制信号VC。
对氧化物TFT或其他类型的紫外光探测器，一个重要的问题是紫外光撤销后，光生载流子的消逝过程较长，这将影响发生时间较接近的两次紫外光事件的探测。如果上一次紫外光引起的载流子增加长时间存在，即使下一次探测过程中没有紫外光，紫外光传感电路也可能会产生错误的响应。本实施例中，为了避免这种情况的发生，将第三晶体管T3和第四晶体管T4的控制极连接到第一控制信号VC，用第一控制信号VC对第三晶体管T3和第四晶体管T4进行控制。第一控制信号VC从高电平跳变到低电平，可以加速光生载流子的消逝，减少相邻探测时间内的信号串扰，提高探测的准确性。
实施例四：
请参考图7，本实施例与实施例二的不同之处在于，第二级反相器21中的第九晶体管T19和第十晶体管T10以及第三级反相器22中的第九晶体管T29和第十晶体管T20均为紫外光敏感晶体管。
由公式（1）可知，环形振荡器输出信号的频率主要是由各级反相器的延迟时间决定：减少各级反相器的延迟时间，输出信号的频率将会提高。本实施例中，第二级反相器21中的第九晶体管T19和第十晶体管T10以及第三级反相器22中的第九晶体管T29和第十晶体管T20均为紫外光敏感晶体管并且均置于紫外光照射下，于是这三级反相器的延迟时间均被减少，从而提高了输出信号的频率。
实施例五：
请参考图8，本实施例中的紫外光传感电路与实施例二的不同之处在于第一级反相器51，电路未发生变化的此处不再赘述。
本实施例中的第一级反相器51包括上拉模块和下拉模块；上拉模块包括第一晶体管T1和第二晶体管T2，第一晶体管T1的控制极和第一电极耦合至高电平信号VDD；第二晶体管T2的控制极耦合至第一晶体管的第二电极，第二晶体管的第一电极耦合至高电平信号VDD；
下拉模块包括第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5、第六晶体管T6和第十五晶体管T15，第三晶体管T3的控制极耦合至控制信号VCTR，第一电极耦合至第一晶体管T1的第二电极；第四晶体管T4的控制极耦合至控制信号VCTR，第一电极耦合至第二晶体管T2的第二电极；第五晶体管T5的控制极耦合至第3级反相器22的输出端，第一电极耦合至第三晶体管T3的第二电极；第六晶体管T6的控制极耦合至第3级反相器22的输出端，第一电极耦合至第四晶体管T4的第二电极；第十五晶体管T15的第一电极分别耦合至第五晶体管T5的第二电极和第六晶体管T6的第二电极，第十五晶体管T15的控制极和第二电极耦合至低电平电压源VL，第十五晶体管T15为紫外光敏感晶体管。
实施例二中的电路，当控制信号VCTR由高电平变为低电平时，环形振荡器的内部节点下拉到低电平必须通过类似第九晶体管T19的下拉电路。由于控制信号VCTR为低电平，下拉电路在下拉后半段几乎处于关闭状态，于是紫外传感电路的内部节点、输出节点的下拉只能通过泄漏电流实现。虽然最终紫外传感电路的内部节点和输出节点都会达到稳定的低电平电位，但是受限于泄漏电流的值，该过程可能需要较长的时间，而在这段时间内，电路的输出状态不确定。当负载为较小的阻性负载时，输出端口可能被拉到低电平电压；但是当负载为较大的阻性负载或者容性负载时，输出端口为悬浮态。因此，实施例一中的紫外光传感电路的输出要进行适当的阻抗匹配才能够正常地工作，这将限制紫外光传感电路的应用。
本实施例中的紫外光传感电路，输出信号VOUT受控制信号VCTR的调制：当控制信号VCTR为高电平时，环形振荡器能够响应紫外光照射而正常地工作；当控制信号VCTR为低电平时，环形振荡器停止振荡，输出稳定的低电平电压。在这种紫外传感电路里，上拉模块中晶体管的第一电极耦合到高电平电压，下拉模块中晶体管耦合到低电平电压，因此电路输出以及紫外光传感电路的内部节点总是有确定的电位状态，而不是悬浮状态，避免了实施例一中的电路存在的由于输出阻抗匹配问题而应用场合受限的问题。
请参考图9，图9为本实施例中的电路存在紫外光时的工作波形图。从图中可以看出，在控制信号VCTR的高电平期间，输出能够正常地起振；而控制信号VCTR的低电平期间，输出为低电平电压。在这里，控制信号VCTR的频率是50kHz,而输出信号的振荡频率约为500kHz，本实施例中的紫外光传感电路在存在紫外光情况下能够正确地产生具有载波调制功能的输出信号。
实施例六：
请参考图10，本实施例中的紫外光感应系统包括紫外光信号发射器、紫外光信号接收器和紫外光传感电路，紫外光传感电路可以为实施例一至实施例五中任一种电路。
紫外光传感电路的输出端耦合至紫外光信号发射器，紫外光信号发射器用于发射紫外光传感电路输送的信号，紫外光信号接收器用于接收紫外光信号发射器传送的信号，并根据接收到的信号判断紫外光传感电路是否存在紫外光照射。
作为一种实施方式，紫外光信号发射器为超声波换能器，用于在紫外光传感电路的输出电压信号的激励下产生超声波信号并将此超声波信号发射出去；紫外光信号接收器接收超声波信号，将超声波信号还原成电信号，并根据该电信号判断紫外光传感电路是否存在紫外光照射。例如，紫外光传感电路的输出信号VOUT的载波频率为20kHz，在这种载波上叠加约600kHz的电压信号，该信号频率正好在超声波频率范围内。输出信号VOUT传输到超声波换能器，激励超声波换能器产生超声波信号。由于超声波信号具有良好的方向性，紫外光信号接收器将接收到受调制的超声波信号。然后，紫外光信号接收器再通过超声波换能器将超声波信号还原为电学信号。紫外光信号接收器会解码所得到的电学信号，判断所接收信号中是否含有紫外光照射的信息，如果含有紫外光照射信息，则执行报警操作。此外，还可以通过信号的频率和强度折算得到紫外光照射的强度等信息。
在一种实施方式中，可以在一定范围内布置若干个紫外光传感节点，紫外光传感节点包括紫外光感应电路和紫外光信号发射器，它们共用一个紫外光信号接收器。于是，可以根据紫外光传感节点的位置计算得到紫外光线的地理位置。这种紫外光传感系统可以布置在山林中，作为山火预警系统；也可以放在矿井中，作为瓦斯爆炸预警；布置在加油站等易燃易爆场所，作为火灾或者爆炸预警。
本实施例中的紫外光传感系统具有以下优点：
1)由于紫外光敏感器件以及信号调制电路全部采用氧化物TFT构成，而氧化物TFT具有制备成本低廉，便于大面积生产，因此整套的紫外光传感系统的价格低廉；
2)该紫外光传感系统能够输出幅度调制波，适合于远距离的无线通信；
3)对紫外光的灵敏度高，可以通过其输出脉冲的强度和频率等信息准确地判断其外界的紫外光情况；
4)系统配置灵活、适用范围广，紫外光传感器节点和紫外光信号接收器可以分布在较宽的物理位置上。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (11)
1.一种紫外光传感电路,其特征在于，包括调制单元和相位延迟单元；
所述调制单元包括第一级反相器，用于感应紫外光并作为电压反馈调制级；
所述相位延迟单元包括顺次连接的N级反相器，N为大于等于2的偶数；
所述调制单元和所述相位延迟单元顺序连接，所述相位延迟单元的输出电压馈送至所述调制单元；
所述调制单元受控制信号调制，所述控制信号为脉冲信号。
2.如权利要求1所述的紫外光传感电路，其特征在于，还包括输出缓冲单元，所述输出缓冲单元包括第N+2级反相器，所述输出缓冲单元提高所述紫外光传感电路对输出端负载的驱动能力。
3.如权利要求2所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述第一级反相器包括上拉模块和下拉模块；
所述上拉模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的控制极和第一电极耦合至所述控制信号；所述第二晶体管的控制极耦合至所述第一晶体管的第二电极，所述第二晶体管的第一电极耦合至所述控制信号；
所述下拉模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，所述第三晶体管的控制极耦合到第二电极，第一电极耦合至所述第一晶体管的第二电极；所述第四晶体管的控制极耦合到第二电极，第一电极耦合至所述第二晶体管的第二电极；所述第五晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，第一电极耦合至所述第三晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；所述第六晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，第一电极耦合至所述第四晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；
所述第三晶体管和所述第四晶体管为紫外光敏感晶体管。
4.如权利要求3所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述N级反相器中每一级反相器的电路结构相同，包括第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管；
所述第七晶体管的控制极和第一电极耦合至所述控制信号；所述第八晶体管的控制极耦合至所述第七晶体管的第二电极，所述第八晶体管的第一电极耦合至所述控制信号；所述第九晶体管的控制极耦合至所述第二晶体管的第二电极，第一电极耦合至所述第七晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；所述第十晶体管的控制极耦合至所述第九晶体管的控制极，第一电极耦合至所述第八晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源。
5.如权利要求4所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述第九晶体管和所述第十晶体管为紫外光敏感晶体管。
6.如权利要求2所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述第一级反相器包括上拉模块和下拉模块；
所述上拉模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的控制极和第一电极耦合至所述控制信号；所述第二晶体管的控制极耦合至所述第一晶体管的第二电极，所述第二晶体管的第一电极耦合至所述控制信号；
所述下拉模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，所述第三晶体管的控制极耦合至第一控制信号，第一电极耦合至所述第一晶体管的第二电极；所述第四晶体管的控制极耦合至所述第一控制信号，第一电极耦合至所述第二晶体管的第二电极；所述第五晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，第一电极耦合至所述第三晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；所述第六晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，第一电极耦合至所述第四晶体管的第二电极，第二电极耦合至低电平电压源；
所述第三晶体管和所述第四晶体管为紫外光敏感晶体管。
7.如权利要求2所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述第一级反相器包括上拉模块和下拉模块；
所述上拉模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的控制极和第一电极耦合至高电平信号；所述第二晶体管的控制极耦合至所述第一晶体管的第二电极，所述第二晶体管的第一电极耦合至所述高电平信号；
所述下拉模块包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管和第十五晶体管，所述第三晶体管的控制极耦合至所述控制信号，第一电极耦合至所述第一晶体管的第二电极；所述第四晶体管的控制极耦合至所述控制信号，第一电极耦合至所述第二晶体管的第二电极；所述第五晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，第一电极耦合至所述第三晶体管的第二电极；所述第六晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，第一电极耦合至所述第四晶体管的第二电极；所述第十五晶体管的第一电极分别耦合至所述第五晶体管的第二电极和所述第六晶体管的第二电极，所述第十五晶体管的控制极和第二电极耦合至低电平电压源，所述第十五晶体管为紫外光敏感晶体管。
8.如权利要求2所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述第N+2级反相器包括第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管和第十四晶体管；
所述第十一晶体管的控制极和第一电极耦合至所述控制信号；所述第十二晶体管的控制极耦合至所述第十一晶体管的第二电极，所述第十二晶体管的第一电极耦合至所述控制信号，所述第十二晶体管的第二电极耦合至输出端；所述第十三晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，所述第十三晶体管的第一电极耦合至所述第十一晶体管的第二电极，所述第十三晶体管的第二电极耦合至低电平电压源；所述第十四晶体管的控制极耦合至所述N级反相器的输出端，所述第十四晶体管的第一电极耦合至所述第十二晶体管的第二电极，所述第十三晶体管的第二电极耦合至低电平电压源。
9.如权利要求3、5、6或7中任一项所述的紫外光传感电路，其特征在于，所述紫外光敏感晶体管为锌基氧化物薄膜晶体管。
10.一种紫外光感应系统，其特征在于，包括紫外光信号发射器、紫外光信号接收器和如权利要求1-9中任一项所述的紫外光传感电路；
所述紫外光传感电路的输出端耦合至所述紫外光信号发射器，所述紫外光信号发射器用于发射紫外光传感电路输送的信号，所述紫外光信号接收器用于接收所述紫外光信号发射器传送的信号，并根据接收到的信号判断所述紫外光传感电路是否存在紫外光照射。
11.如权利要求10所述的紫外光感应系统，其特征在于，所述紫外光信号发射器为超声波换能器，用于在所述紫外光传感电路的输出电压信号的激励下产生超声波信号并发射所述超声波信号；所述紫外光信号接收器接收所述超声波信号，将所述超声波信号还原成电信号，并根据所述电信号判断所述紫外光传感电路是否存在紫外光照射。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |